JP2009218555A - Cmp polishing solution and polishing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体デバイスの配線形成工程等において好適に用いられるCMP研磨液及びそれを用いた研磨方法に関する。 The present invention relates to a CMP polishing liquid suitably used in a wiring formation process of a semiconductor device and a polishing method using the same.
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層の平坦化、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 planarization of interlayer insulating film layers, formation of metal plugs, and formation of embedded wiring in an LSI manufacturing process, particularly in a multilayer wiring forming process (for example, , See Patent Document 1).
最近は、LSIを高集積化、高性能化するために、配線材料として従来のアルミニウム合金に代え、銅又は銅合金の利用が試みられている。しかし、銅又は銅合金は、アルミニウム合金配線の形成において頻繁に用いられる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(凹部)を形成した絶縁膜層上に、銅又は銅合金の層(以下、単に「銅層」という場合がある。)を電気メッキによって堆積して溝を埋め込み、溝部以外(凸部)に堆積された銅層を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 increase the integration density and performance of LSI, it has been attempted to use copper or a copper alloy as a wiring material instead of a conventional aluminum alloy. However, copper or copper alloy is difficult to be finely processed by a dry etching method that is frequently used in forming an aluminum alloy wiring. Therefore, a copper or copper alloy layer (hereinafter sometimes simply referred to as a “copper layer”) is deposited by electroplating on the insulating film layer in which grooves (concave portions) are formed in advance, and the grooves are embedded. A so-called damascene method is mainly employed in which the copper layer deposited on the convex portion is removed by CMP to form a buried wiring (see, for example, Patent Document 2).
銅層が形成された半導体基板のCMPの一般的な方法では、まず、円形の研磨定盤(プラテン)上に研磨パッド(研磨布)を貼り付け、研磨パッド表面を研磨液で浸す。次いで、基板の銅層面を研磨パッドに押し付けて、基板の裏面から所定の圧力(研磨圧力又は研磨荷重)を基板に加えた状態で研磨定盤を回し、研磨液と、絶縁膜層の凸部上に堆積された銅層との機械的摩擦によって凸部上の銅層を除去する。 In a general method of CMP of a semiconductor substrate on which a copper layer is formed, first, a polishing pad (polishing cloth) is stuck on a circular polishing surface plate (platen), and the surface of the polishing pad is immersed in a polishing liquid. Next, press the copper layer surface of the substrate against the polishing pad, rotate the polishing platen while applying a predetermined pressure (polishing pressure or polishing load) to the substrate from the back surface of the substrate, and polish the polishing liquid and the convex portion of the insulating film layer The copper layer on the protrusion is removed by mechanical friction with the copper layer deposited thereon.
CMPに用いられる銅等の金属配線用の研磨液は、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(金属防食剤)が添加される。まず、酸化剤によって銅層表面を酸化し、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であると考えられている。 The polishing liquid for metal wiring such as copper used for CMP is generally composed of an oxidizer and solid abrasive grains, and a metal oxide solubilizer and a protective film forming agent (metal anticorrosive) are added as necessary. The First, it is considered that the basic mechanism is to oxidize the surface of the copper layer with an oxidizing agent and scrape the oxidized layer with solid abrasive grains.
溝(凹部)上に堆積した銅層表面の酸化層は、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が、研磨パッドに触れる凸部上に堆積した銅層表面の酸化層では、削り取りが進む。したがって、CMPの進行とともに凸部上の銅層が除去されて基板表面は平坦化される(例えば、非特許文献1参照)。 The oxidized layer on the surface of the copper layer deposited on the groove (concave portion) does not touch the polishing pad so much and does not have the effect of scraping off by the solid abrasive grains, but the oxidized copper layer surface deposited on the convex portion that touches the polishing pad. In the layer, scraping proceeds. Therefore, as the CMP progresses, the copper layer on the convex portion is removed and the substrate surface is planarized (see, for example, Non-Patent Document 1).
銅層の下層には、層間絶縁膜中への銅拡散防止のためのバリア導体層(以下、「バリア層」という。)として、例えば、タンタル、タンタル合金、窒化タンタル、その他のタンタル化合物等の層が物理気相成長(PVD)等で形成される。また、銅層はバリア層との密着性が低いため、2層の間に銅シード層と呼ばれる銅又は銅合金の薄膜層がPVD等によって形成されるのが一般的である。 Under the copper layer, as a barrier conductor layer (hereinafter referred to as “barrier layer”) for preventing copper diffusion into the interlayer insulating film, for example, tantalum, tantalum alloy, tantalum nitride, other tantalum compounds, etc. The layer is formed by physical vapor deposition (PVD) or the like. Further, since the copper layer has low adhesion to the barrier layer, a copper or copper alloy thin film layer called a copper seed layer is generally formed by PVD or the like between the two layers.
このような構成を有する基板の断面模式図を図1(a)に示す。この基板においては、金属配線を形成するための溝や孔に起因する凹部及び凸部を有する絶縁膜層3上に、絶縁膜層3の表面の凹部及び凸部に沿って、バリア層1及び銅シード層2がこの順で積層されており、さらに銅層(金属配線層)4が絶縁膜層3の凹部に起因する凹部を銅又は銅合金を充填した形で、銅シード層2を被覆している。
A schematic cross-sectional view of a substrate having such a configuration is shown in FIG. In this substrate, on the
バリア層や銅シード層の形成に用いられるPVDでは、成膜時に絶縁膜層に形成された溝の上部を狭めてしまうという問題があり、配線の微細化が進むにつれ、この傾向は顕著となる。このため、配線の微細化が進むにつれ、電気メッキによる銅又は銅合金の埋め込み性が悪化し、空孔(ボイド)の発生が顕著になることが問題となっていた。 PVD used for the formation of a barrier layer and a copper seed layer has a problem that the upper part of the groove formed in the insulating film layer is narrowed at the time of film formation, and this tendency becomes more prominent as the wiring becomes finer. . For this reason, as the miniaturization of wiring has progressed, the embedding property of copper or copper alloy by electroplating has deteriorated, and the generation of voids has become a problem.
この問題の解決手段として、銅シード層に代え、若しくは銅シード層とバリア層の間に、銅との密着性に優れるルテニウム、ルテニウム合金、又はルテニウム化合物からなる層(以下、単に「ルテニウム層」という場合がある。)を用いる手法が検討されている。このような構成を有する基板の模式断面図を図1(b)に示す。この基板においては、図1(a)の銅シード層2に代えて、ルテニウム層5が用いられている。ルテニウム層5は、化学気相成長法(CVD)や原子層堆積法(ALD)による成膜が可能であり、微細配線の形成にも対応可能である。
As a means for solving this problem, a layer made of ruthenium, a ruthenium alloy, or a ruthenium compound having excellent adhesion to copper, instead of the copper seed layer or between the copper seed layer and the barrier layer (hereinafter simply referred to as “ruthenium layer”) In some cases, a method using the above is being studied. A schematic cross-sectional view of a substrate having such a configuration is shown in FIG. In this substrate, a
一方、銅又は銅合金を埋め込んだ配線部分以外の配線間(凸部)では、露出したルテニウム層及びバリア層をCMPにより取り除く必要がある。 On the other hand, it is necessary to remove the exposed ruthenium layer and the barrier layer by CMP between the wirings (projections) other than the wiring part embedded with copper or copper alloy.
ルテニウム層をCMPにより研磨する試みとしては、例えばキャパシタの下部電極に用いられるルテニウム層を、硝酸セリウムアンモニウムを添加した研磨液を用いて研磨する方法が知られている(特許文献3参照)。 As an attempt to polish a ruthenium layer by CMP, for example, a method is known in which a ruthenium layer used for a lower electrode of a capacitor is polished using a polishing liquid to which cerium ammonium nitrate is added (see Patent Document 3).
また、銅配線に用いられたルテニウム層をCMPにより研磨する試みとしては、例えばリン酸、有機酸、導体金属防食剤やアルミナ砥粒を添加した研磨液を用いる方法が知られている(特許文献4参照)。
しかしながら、特許文献3等に記載の方法においては、研磨対象がルテニウム層のみであり、半導体素子の銅配線を研磨する用途のように、銅層やバリア層、絶縁膜層等の異なる研磨対象をも研磨することは想定されておらず、平坦性を維持しながら複数の研磨対象を研磨することは困難である。
However, in the method described in
また、特許文献4等に記載の方法では、絶縁膜層の研磨速度が十分でなく、必ずしも要求される性能を満足するものではなかった。
Further, the method described in
したがって、本発明の目的は、少なくともルテニウム層の研磨速度を従来の研磨液を用いた場合よりも向上させることができ、かつ銅又は銅合金層、バリア層及び絶縁膜層等の層を所望の研磨速度で研磨することができるCMP研磨液及びこれを用いた研磨方法を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to improve at least the ruthenium layer polishing rate as compared with the case of using a conventional polishing liquid, and to obtain a desired layer such as a copper or copper alloy layer, a barrier layer and an insulating film layer. A CMP polishing liquid capable of polishing at a polishing rate and a polishing method using the same are provided.
上記事情に鑑み本発明は、第1の無機砥粒の表面の少なくとも一部に第2の無機砥粒が付着した複合粒子を含有してなるCMP研磨液であって、複合粒子の平均二次粒子径は20〜800nmであり、第1の無機砥粒の第2の無機砥粒に対する質量比が1/10〜10/1(1:10〜10:1)であるCMP研磨液を提供する。 In view of the above circumstances, the present invention is a CMP polishing liquid comprising composite particles having the second inorganic abrasive grains attached to at least a part of the surface of the first inorganic abrasive grains, and an average secondary of the composite particles A CMP polishing liquid having a particle diameter of 20 to 800 nm and a mass ratio of the first inorganic abrasive grains to the second inorganic abrasive grains of 1/10 to 10/1 (1:10 to 10: 1) is provided. .
かかるCMP研磨液によれば、少なくともルテニウム層の研磨速度を従来の研磨液を用いた場合よりも向上させることができ、かつ銅又は銅合金層、バリア層及び層間絶縁膜層の各層を所望の研磨速度で研磨することができる。 According to such a CMP polishing liquid, at least the ruthenium layer polishing rate can be improved as compared with the case where a conventional polishing liquid is used, and each of the copper or copper alloy layer, the barrier layer, and the interlayer insulating film layer can be formed in a desired manner. Polishing can be performed at a polishing rate.
第1の無機砥粒はアルミナであると好ましく、第2の無機砥粒はシリカであると好ましい。 The first inorganic abrasive is preferably alumina, and the second inorganic abrasive is preferably silica.
本発明のCMP研磨液は、酸化金属溶解剤をさらに含有してなることが好ましい。 The CMP polishing liquid of the present invention preferably further contains a metal oxide solubilizer.
第1の無機砥粒の平均一次粒子径は10〜500nmであると好ましく、第1の無機砥粒の濃度は、CMP研磨液全体に対して0.1〜10質量%であると好ましい。 The average primary particle diameter of the first inorganic abrasive grains is preferably 10 to 500 nm, and the concentration of the first inorganic abrasive grains is preferably 0.1 to 10% by mass with respect to the entire CMP polishing liquid.
第2の無機砥粒の平均一次粒子径は5〜200nmであると好ましく、第2の無機砥粒の濃度は、CMP研磨液全体に対して0.1〜15質量%であると好ましい。 The average primary particle diameter of the second inorganic abrasive grains is preferably 5 to 200 nm, and the concentration of the second inorganic abrasive grains is preferably 0.1 to 15% by mass with respect to the entire CMP polishing liquid.
本発明のCMP研磨液は、酸化剤をさらに含有してなることが好ましい。また、本発明のCMP研磨液は、金属防食剤をさらに含有してなることが好ましい。 The CMP polishing liquid of the present invention preferably further contains an oxidizing agent. The CMP polishing liquid of the present invention preferably further contains a metal anticorrosive.
上記酸化剤は、過酸化水素、過ヨウ素酸、過ヨウ素酸塩、ヨウ素酸塩、臭素酸塩、及び過硫酸塩からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。 The oxidizing agent preferably contains at least one selected from the group consisting of hydrogen peroxide, periodic acid, periodate, iodate, bromate, and persulfate.
本発明のCMP研磨液は、有機溶剤をさらに含有してなることが好ましい。また、本発明のCMP研磨液は、界面活性剤をさらに含有してなることが好ましい。 The CMP polishing liquid of the present invention preferably further contains an organic solvent. The CMP polishing liquid of the present invention preferably further contains a surfactant.
また本発明は、研磨する膜を形成した基板を研磨定盤の研磨布に押しあて加圧し、上記本発明のCMP研磨液を膜と研磨布との間に供給しながら、基板と研磨定盤を動かして膜を研磨する基板の研磨方法を提供する。 The present invention also provides a substrate and a polishing surface plate while pressing the substrate on which a film to be polished is pressed against a polishing cloth of a polishing surface plate and supplying the CMP polishing liquid of the present invention between the film and the polishing cloth. A method of polishing a substrate is provided by polishing the film.
かかる研磨方法によれば、上記本発明のCMP研磨液を用いているので、少なくともルテニウム層の研磨速度を従来の研磨液を用いた場合よりも向上させることができ、かつ銅又は銅合金層、バリア層及び層間絶縁膜層の各層を所望の研磨速度で研磨することができる。 According to this polishing method, since the CMP polishing liquid of the present invention is used, at least the ruthenium layer polishing rate can be improved as compared with the case of using a conventional polishing liquid, and a copper or copper alloy layer, Each of the barrier layer and the interlayer insulating film layer can be polished at a desired polishing rate.
本発明の研磨液及び研磨方法によれば、少なくともルテニウム層、銅又は銅合金層、バリア層及び層間絶縁膜層の各層を所望の研磨速度で研磨することができる。 According to the polishing liquid and the polishing method of the present invention, at least each of a ruthenium layer, a copper or copper alloy layer, a barrier layer, and an interlayer insulating film layer can be polished at a desired polishing rate.
以下に、本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。 The best mode for carrying out the present invention will be described in detail below.
(複合粒子)
本発明のCMP用研磨液は、第1の無機砥粒の表面の少なくとも一部に第2の無機砥粒が付着した複合粒子を含有してなる。
(Composite particles)
The CMP polishing liquid of the present invention comprises composite particles in which the second inorganic abrasive grains are attached to at least a part of the surface of the first inorganic abrasive grains.
上記複合粒子における無機砥粒の付着形態としては、具体的には例えば、図3に示すように(a)単独の第1の無機砥粒の表面に、単独の第2の無機砥粒が付着する形態、(b)単独の第1の無機砥粒の表面に、会合した第2の無機砥粒が付着する形態、(c)会合した第1の無機砥粒の表面に、単独の第2の無機砥粒が付着する形態、(d)会合した第1の無機砥粒の表面に、会合した第2の無機砥粒が付着する形態等を挙げる事ができ、これらのうちいずれの形態をとってもよく、また、研磨液中でこれらの状態が混在していてもよい。 Specifically, for example, as shown in FIG. 3, (a) a single second inorganic abrasive grain adheres to the surface of a single first inorganic abrasive grain as shown in FIG. (B) a form in which the associated second inorganic abrasive grains adhere to the surface of the single first inorganic abrasive grain, and (c) a single second in the surface of the associated first inorganic abrasive grain. (D) a form in which the associated second inorganic abrasive grains adhere to the surface of the associated first inorganic abrasive grains, and the like. Alternatively, these states may be mixed in the polishing liquid.
本発明において、複合粒子の付着状態は、透過型電子顕微鏡(例えば(株)日立製作所製のS4700)を用いて観察することができる。具体的な測定方法としては、例えば、上記の2種の無機砥粒を含む複合粒子と、その他の成分を混合して研磨液を作成し、この研磨液を適量採取する。採取量としては、砥粒濃度を考慮して決定し、例えば砥粒濃度1質量%の時は0.2cc程度採取する。採取した研磨液を乾燥し、透過型電子顕微鏡で観察する。 In the present invention, the adhesion state of the composite particles can be observed using a transmission electron microscope (for example, S4700 manufactured by Hitachi, Ltd.). As a specific measuring method, for example, a composite liquid containing the above two kinds of inorganic abrasive grains and other components are mixed to prepare a polishing liquid, and an appropriate amount of this polishing liquid is collected. The amount to be collected is determined in consideration of the abrasive concentration. For example, when the abrasive concentration is 1% by mass, about 0.2 cc is collected. The collected polishing liquid is dried and observed with a transmission electron microscope.
第1の無機砥粒としては、硬度が高いものが好ましく具体的には例えば、アルミナ、炭化珪素、セリア等を挙げることができ、中でもアルミナが好ましく、αアルミナがさらに好ましい。 As the first inorganic abrasive grains, those having high hardness are preferable, and specific examples thereof include alumina, silicon carbide, ceria and the like, among which alumina is preferable, and α-alumina is more preferable.
第1の無機砥粒の添加量は、研磨液全体に対して0.1質量%〜10質量%であることが好ましく、0.2質量%〜8.0質量%の範囲であることがより好ましい。この添加量が0.1質量%以上であれば物理的な削り取り作用を得ることができ、CMPによる研磨速度が大きくなる傾向がある。また、10質量%以下であれば粒子が凝集沈降するのを抑制できる傾向にある。また、10質量%を超える量添加しても、添加に見合った研磨速度の増加が見られない傾向がある。また、これらの傾向はルテニウム層の研磨速度について、より顕著に見られる傾向がある。 The amount of the first inorganic abrasive added is preferably 0.1% by mass to 10% by mass with respect to the entire polishing liquid, and more preferably in the range of 0.2% by mass to 8.0% by mass. preferable. If this addition amount is 0.1% by mass or more, a physical scraping action can be obtained, and the polishing rate by CMP tends to increase. Moreover, if it is 10 mass% or less, it exists in the tendency which can suppress that a particle | grain coagulates and settles. Further, even if the amount exceeds 10% by mass, there is a tendency that an increase in the polishing rate commensurate with the addition is not observed. These tendencies tend to be more prominent with respect to the ruthenium layer polishing rate.
第2の無機砥粒としては、シラノール基を有しているものが好ましく、具体的には例えば、シリカ等があげられ、中でもヒュームドシリカ、コロイダルシリカが好ましく、コロイダルシリカであることが特に好ましい。 As the second inorganic abrasive grains, those having a silanol group are preferable, and specific examples thereof include silica and the like, among which fumed silica and colloidal silica are preferable, and colloidal silica is particularly preferable. .
第2の無機砥粒の添加量は、研磨液全体に対して0.1質量%〜15質量%であることが好ましく、0.5質量%〜12質量%であることがより好ましい。この添加量が0.1質量%以上であれば充分な物理的な削り取り作用を得ることができ、CMPによる研磨速度が大きくなる傾向がある。また、15質量%を超える量を添加しても、添加に見合った研磨速度の増加が見られない傾向がある。また、これらの傾向はバリア層、層間絶縁膜層の研磨速度により顕著に見られる傾向がある。 The amount of the second inorganic abrasive added is preferably 0.1% by mass to 15% by mass and more preferably 0.5% by mass to 12% by mass with respect to the entire polishing liquid. If this addition amount is 0.1% by mass or more, a sufficient physical scraping action can be obtained, and the polishing rate by CMP tends to increase. Further, even if an amount exceeding 15% by mass is added, there is a tendency that an increase in polishing rate commensurate with the addition is not observed. These tendencies tend to be noticeable depending on the polishing rate of the barrier layer and the interlayer insulating film layer.
第1の無機砥粒の一次粒子径は、平坦性及び研磨後に被研磨面に残る傷を抑制できる点で、500nm以下であることが好ましく、300nm以下であることがより好ましく、200nm以下であることが特に好ましく、150nm以下であることが極めて好ましい。また、一次粒子径の下限としては、特に制限はないが、充分な物理的な削り取り作用を得ることができる点で、10nm以上であることがより好ましく、20nm以上であることが特に好ましく、50nm以上であることが極めて好ましい。 The primary particle diameter of the first inorganic abrasive grains is preferably 500 nm or less, more preferably 300 nm or less, and more preferably 200 nm or less in terms of flatness and the ability to suppress scratches remaining on the polished surface after polishing. It is particularly preferable that the thickness is 150 nm or less. Further, the lower limit of the primary particle diameter is not particularly limited, but is preferably 10 nm or more, particularly preferably 20 nm or more, and 50 nm in that sufficient physical scraping action can be obtained. It is very preferable that it is above.
第2の無機砥粒の一次粒子径は、平坦性の点で200nm以下であることが好ましく、150nm以下であることがより好ましく、130nm以下であることが特に好ましい。また、一次粒子径の下限としては、特に制限はないが、充分な物理的な削り取り作用を得ることができる点で、5nm以上であることがより好ましく、10nm以上であることが特に好ましい。 The primary particle diameter of the second inorganic abrasive grains is preferably 200 nm or less, more preferably 150 nm or less, and particularly preferably 130 nm or less in terms of flatness. Further, the lower limit of the primary particle diameter is not particularly limited, but is preferably 5 nm or more, and particularly preferably 10 nm or more, from the viewpoint that a sufficient physical scraping action can be obtained.
第1の無機砥粒の一次粒子径は、第2の無機砥粒の一次粒子径よりも大きいことが好ましい。 The primary particle diameter of the first inorganic abrasive grains is preferably larger than the primary particle diameter of the second inorganic abrasive grains.
第1の無機砥粒の第2の無機砥粒に対する質量比は、1/10〜10/1である。ルテニウム層の研磨速度が大きくなる傾向がある点で、上記質量比の下限は0.2以上であることがより好ましい。また、砥粒の沈降の抑制が容易になる点で、上記質量比の上限としては5以下であることがより好ましく、3以下であることが特に好ましい。この質量比が0.1未満であると、ルテニウム層の研磨速度が小さくなる傾向にあり、10を超えると研磨液中に二塩基有機酸が存在する場合に砥粒の凝集沈降が顕著になる傾向がある。 The mass ratio of the first inorganic abrasive grains to the second inorganic abrasive grains is 1/10 to 10/1. The lower limit of the mass ratio is more preferably 0.2 or more in that the ruthenium layer tends to have a high polishing rate. In addition, the upper limit of the mass ratio is more preferably 5 or less, and particularly preferably 3 or less, from the viewpoint of facilitating suppression of settling of abrasive grains. If this mass ratio is less than 0.1, the ruthenium layer polishing rate tends to be low, and if it exceeds 10, the aggregation and precipitation of abrasive grains become prominent when dibasic organic acids are present in the polishing liquid. Tend.
複合粒子の平均二次粒子径は、20〜800nm以下であることが好ましい。平坦性が向上する点で、上記平均二次粒子径は500nm以下であることが好ましく、400nm以下であることがより好ましく、300nm以下であることが特に好ましい。また、複合粒子によるメカニカルな反応層(酸化層)除去能力を確保でき、研磨速度が速くなる点で、上記平均二次粒子径は、20以上であることがより好ましく、50以上であることが特に好ましい。 The average secondary particle diameter of the composite particles is preferably 20 to 800 nm or less. From the viewpoint of improving flatness, the average secondary particle diameter is preferably 500 nm or less, more preferably 400 nm or less, and particularly preferably 300 nm or less. Moreover, the average secondary particle diameter is more preferably 20 or more, and more preferably 50 or more in that the ability to remove the mechanical reaction layer (oxide layer) by the composite particles can be ensured and the polishing rate becomes faster. Particularly preferred.
本発明において、CMP研磨液中の複合粒子の一次粒子径は、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。具体的な測定方法としては、例えば、上記の2種の無機砥粒を含む複合粒子と、その他の成分を混合して研磨液を作成し、この研磨液を適量採取する。採取量としては、砥粒濃度を考慮して決定し、例えば砥粒濃度1質量%の時は0.2cc程度採取する。採取した研磨液を乾燥し、観察する。 In the present invention, the primary particle diameter of the composite particles in the CMP polishing liquid can be measured using a transmission electron microscope (for example, S4700 manufactured by Hitachi, Ltd.). As a specific measuring method, for example, a composite liquid containing the above two kinds of inorganic abrasive grains and other components are mixed to prepare a polishing liquid, and an appropriate amount of this polishing liquid is collected. The amount to be collected is determined in consideration of the abrasive concentration. For example, when the abrasive concentration is 1% by mass, about 0.2 cc is collected. The collected polishing liquid is dried and observed.
また、本発明において、上記の複合粒子の平均二次粒子径とは、CMP研磨液中の複合粒子の二次粒子径をいい、例えば、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 average secondary particle diameter of the composite particles refers to the secondary particle diameter of the composite particles in the CMP polishing liquid. For example, a light diffraction scattering type particle size distribution meter (for example, manufactured by COULTER Electronics, Inc.) COULTER N4SD).
(酸化剤)
本発明のCMP研磨液には、酸化剤を添加することもできる。酸化剤としては、過酸化水素(H2O2)、過ヨウ素酸、過ヨウ素酸塩、ヨウ素酸塩、臭素酸塩、過硫酸塩等が挙げられ、その中でも過酸化水素が特に好ましい。これらは1種を単独で、若しくは2種以上混合して用いることができる。
(Oxidant)
An oxidizing agent can also be added to the CMP polishing liquid of the present invention. Examples of the oxidizing agent include hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), periodic acid, periodate, iodate, bromate, persulfate, etc. Among them, hydrogen peroxide is particularly preferable. These can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.
研磨対象の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、ハロゲン化物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、研磨対象の基体が半導体素子を含まないガラス基板などである場合は不揮発成分を含む酸化剤であっても差し支えない。 When the substrate to be polished is a silicon substrate including an integrated circuit element, contamination with alkali metal, alkaline earth metal, halide, or the like is not desirable, and therefore an oxidizing agent that does not contain a nonvolatile component is desirable. However, if the substrate to be polished is a glass substrate or the like that does not include a semiconductor element, an oxidizing agent that includes a nonvolatile component may be used.
酸化剤を添加する場合のその添加量は、研磨液全体に対して、0.05〜20質量%であることが好ましく、0.1〜10質量%であることがより好ましく、0.1〜5質量%であることが特に好ましい。
この添加量を0.05質量%以上とすることにより、十分に金属を酸化することが可能となり、ルテニウム層、バリア層、金属配線層の研磨速度が大きくなる傾向があり、20質量%以下とすることにより、研磨面の荒れを特に防止することができる。
When the oxidizing agent is added, the addition amount is preferably 0.05 to 20% by mass, more preferably 0.1 to 10% by mass, based on the entire polishing liquid, It is especially preferable that it is 5 mass%.
By making this addition amount 0.05% by mass or more, it becomes possible to sufficiently oxidize the metal, and the polishing rate of the ruthenium layer, the barrier layer, and the metal wiring layer tends to increase, and it is 20% by mass or less. By doing so, roughening of the polished surface can be particularly prevented.
(酸化金属溶解剤)
本発明のCMP研磨液には、金属膜の研磨を促進する目的で、酸化金属溶解剤を添加することもできる。酸化金属溶解剤は、酸化剤によって酸化された金属を、溶解する作用を有する。酸化金属溶解剤として、酸もしくはアルカリを用いることが好ましい。
(Metal oxide solubilizer)
A metal oxide solubilizer may be added to the CMP polishing liquid of the present invention for the purpose of promoting polishing of the metal film. The metal oxide solubilizer has an action of dissolving the metal oxidized by the oxidizer. It is preferable to use an acid or an alkali as the metal oxide solubilizer.
酸化金属溶解剤としては、水溶性のものであれば特に制限はなく、上記酸化剤とは異なる化合物が用いられる。例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、2−メチル酪酸、n−ヘキサン酸、3,3−ジメチル酪酸、2−エチル酪酸、4−メチルペンタン酸、n−ヘプタン酸、2−メチルヘキサン酸、n−オクタン酸、2−エチルヘキサン酸、安息香酸、グリコ−ル酸、乳酸、グリオキシル酸、3−ヒドロキシ酢酸、2−ヒドロキシ酢酸、ヒドロアクリル酸、ピルビン酸、クロトン酸、グルコン酸、マンデル酸、グリセリン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フタル酸、リンゴ酸、酒石酸及びクエン酸等の有機酸、これらの有機酸エステル並びにこれら有機酸のアンモニウム塩等が挙げられる。また、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸等の無機酸、これら無機酸のアンモニウム塩、例えば過硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、塩化アンモニウム等、クロム酸等が挙げられる。また、アンモニア、ジメチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、プロピレンジアミン、エチレンジアミンテトラ酢酸(EDTA)、ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム及びキトサン等が挙げられる。これらは1種を単独で、若しくは2種以上混合して用いることができる。 The metal oxide solubilizer is not particularly limited as long as it is water-soluble, and a compound different from the above oxidizing agent is used. For example, formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, 2-methylbutyric acid, n-hexanoic acid, 3,3-dimethylbutyric acid, 2-ethylbutyric acid, 4-methylpentanoic acid, n-heptanoic acid, 2-methyl Hexanoic acid, n-octanoic acid, 2-ethylhexanoic acid, benzoic acid, glycolic acid, lactic acid, glyoxylic acid, 3-hydroxyacetic acid, 2-hydroxyacetic acid, hydroacrylic acid, pyruvic acid, crotonic acid, gluconic acid, Organic acids such as mandelic acid, glyceric acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, maleic acid, phthalic acid, malic acid, tartaric acid and citric acid, these organic acid esters and these organic Examples include acid ammonium salts. Further, inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid and phosphoric acid, and ammonium salts of these inorganic acids such as ammonium persulfate, ammonium nitrate and ammonium chloride, chromic acid and the like can be mentioned. Further, ammonia, dimethylamine, trimethylamine, triethylamine, propylenediamine, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), sodium diethyldithiocarbamate, chitosan, and the like can be given. These can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.
また、これらの中では、実用的な研磨速度を維持しつつ、エッチング速度を効果的に抑制できるという点で、ギ酸、グリコール酸、乳酸、グリオキシル酸、マロン酸、リンゴ酸、マレイン酸、酒石酸、クエン酸、リン酸、及び硝酸が、ルテニウム層に対して好適である。 Among these, formic acid, glycolic acid, lactic acid, glyoxylic acid, malonic acid, malic acid, maleic acid, tartaric acid, in that the etching rate can be effectively suppressed while maintaining a practical polishing rate. Citric acid, phosphoric acid, and nitric acid are suitable for the ruthenium layer.
酸化金属溶解剤を添加する場合のその添加量は、研磨液全体に対して0.001〜10質量%であることが好ましい。この添加量を0.001質量%以上とすることにより、CMPによるルテニウム層、バリア層、金属配線層の研磨速度が大きくなる傾向があり、下限としては0.01質量%以上であることがより好ましく、0.02質量%以上であることが特に好ましい。また、10質量%を超えると、研磨する際に金属配線層のエッチング抑制が困難となる傾向があり、上限としては、8質量%以下であることがより好ましく、5質量%以下であることが特に好ましい。 When the metal oxide solubilizer is added, the addition amount is preferably 0.001 to 10% by mass with respect to the entire polishing liquid. By making this addition amount 0.001% by mass or more, the polishing rate of ruthenium layers, barrier layers, and metal wiring layers by CMP tends to increase, and the lower limit is more preferably 0.01% by mass or more. It is preferably 0.02% by mass or more. Moreover, when it exceeds 10 mass%, there exists a tendency for the etching suppression of a metal wiring layer to become difficult at the time of grinding | polishing, and as an upper limit, it is more preferable that it is 8 mass% or less, and it is 5 mass% or less. Particularly preferred.
(金属防食剤)
本発明のCMP研磨液には、金属防食剤(導体金属防食剤)を添加することもできる。金属防食剤は、金属層、特に金属配線層のエッチングを抑止し、ディッシング特性を向上させる化合物である。
(Metal anticorrosive)
A metal anticorrosive (conductive metal anticorrosive) can also be added to the CMP polishing liquid of the present invention. The metal anticorrosive is a compound that suppresses etching of a metal layer, particularly a metal wiring layer, and improves dishing characteristics.
金属防食剤としては、具体的には例えば、イミン、アゾール、メルカプタン及び多糖類等を挙げることができ、上記の中でも金属層のエッチング速度の抑制と金属層の研磨速度の両立の観点でイミンのうち環を形成しているものや、アゾールが好適である。これらは1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。 Specific examples of the metal anticorrosive include imine, azole, mercaptan, polysaccharide and the like. Among the above, imine is capable of suppressing the etching rate of the metal layer and achieving both the polishing rate of the metal layer. Of these, those forming a ring and azoles are preferred. These can be used alone or in combination of two or more.
イミンとしては、具体的には例えば、ジチゾン、ロイン(2,2’−ビキノリン)、ネオクプロイン(2,9−ジメチル−1,10−フェナントロリン)、バソクプロイン(2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン)及びキュペラゾン(ビスシクロヘキサノンオキサリルヒドラゾン)等を挙げることができる。 Specific examples of the imine include dithizone, loin (2,2′-biquinoline), neocuproin (2,9-dimethyl-1,10-phenanthroline), bathocuproine (2,9-dimethyl-4,7-diphenyl). -1,10-phenanthroline) and cupelazone (biscyclohexanone oxalyl hydrazone).
アゾールは、銅に対する良好な防食能を示す。その具体例としては、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、2−アミノ−1H−1,2,4−トリアゾール、3−アミノ−1H−1,2,4−トリアゾール、3,5−ジアミノ−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、テトラゾール、5−アミノ−テトラゾール、5−メチル−テトラゾール、1−メチル−5−メルカプトテトラゾール、1−N,N−ジメチルアミノエチル−5−テトラゾール等を挙げることができる。 Azole exhibits good anticorrosive ability for copper. Specific examples thereof include benzimidazole-2-thiol, triazinedithiol, triazinetrithiol, 2- [2- (benzothiazolyl)] thiopropionic acid, 2- [2- (benzothiazolyl)] thiobutyric acid, 2-mercapto. Benzothiazole), 1,2,3-triazole, 1,2,4-triazole, 2-amino-1H-1,2,4-triazole, 3-amino-1H-1,2,4-triazole, 3, 5-diamino-1H-1,2,4-triazole, benzotriazole, 1-hydroxybenzotriazole, 1-dihydroxypropylbenzotriazole, 2,3-dicarboxypropylbenzotriazole, 4-hydroxybenzotriazole, 4-carboxyl- 1H-benzotriazole, 4-carboxyl-1H Benzotriazole methyl ester, 4-carboxyl-1H-benzotriazole butyl ester, 4-carboxyl-1H-benzotriazole octyl ester, 5-hexyl benzotriazole, [1,2,3-benzotriazolyl-1-methyl] [ 1,2,4-triazolyl-1-methyl] [2-ethylhexyl] amine, tolyltriazole, naphthotriazole, bis [(1-benzotriazolyl) methyl] phosphonic acid, tetrazole, 5-amino-tetrazole, 5- Examples thereof include methyl-tetrazole, 1-methyl-5-mercaptotetrazole, 1-N, N-dimethylaminoethyl-5-tetrazole and the like.
メルカプタンとしては、具体的には例えば、ノニルメルカプタン及びドデシルメルカプタン等を挙げることができる。 Specific examples of mercaptans include nonyl mercaptan and dodecyl mercaptan.
多糖類としては、具体的には例えば、グルコース、セルロース等挙げることができる。 Specific examples of polysaccharides include glucose and cellulose.
金属防食剤を添加する場合のその添加量は、エッチング抑制機能と研磨速度との両立を図る点で、研磨液全体に対して0.005〜2.0%とすることが好ましい。より高いエッチングよく性能を得ることができる点で0.01%以上とすることが好ましく、0.02%以上とするがよりこのましい。また、好適な研磨速度を得やすくなる点で、1.0%以下とすることがより好ましく、0.5%以下とすることが特に好ましい。 In the case of adding a metal anticorrosive, the amount added is preferably 0.005 to 2.0% with respect to the entire polishing liquid in terms of achieving both an etching suppression function and a polishing rate. It is preferably 0.01% or more from the viewpoint that performance can be obtained with higher etching, and more preferably 0.02% or more. Moreover, it is more preferable to set it as 1.0% or less at the point which becomes easy to obtain a suitable grinding | polishing rate, and it is especially preferable to set it as 0.5% or less.
(界面活性剤)
本発明のCMP研磨液には、界面活性剤を添加することもできる。本発明において用いる界面活性剤は、金属膜層、層間絶縁膜層に吸着し、膜表面の濡れ性を変化させることのできる化合物であれば特に制限なく使用することができ、特にLow−k膜の表面に吸着し、研磨速度を制御することができる。界面活性剤は、一般に、非イオン性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤及び両性界面活性剤の四種類に分類される。
(Surfactant)
A surfactant can also be added to the CMP polishing liquid of the present invention. The surfactant used in the present invention can be used without particular limitation as long as it is a compound that can adsorb on the metal film layer and the interlayer insulating film layer and can change the wettability of the film surface. It can be adsorbed on the surface and control the polishing rate. Surfactants are generally classified into four types: nonionic surfactants, anionic surfactants, cationic surfactants and amphoteric surfactants.
また、本発明における界面活性剤には、疎水性基として炭素−フッ素鎖を有するフッ素系界面活性剤を使用することもできる。例えば、パーフルオロアルカンスルホン酸とその誘導体が例示される。好ましくはパーフルオロオクタンスルホン酸とその誘導体である。フッ素系界面活性剤も上記と同様の四種類に分類される。 Moreover, the surfactant in this invention can also use the fluorine-type surfactant which has a carbon- fluorine chain as a hydrophobic group. For example, perfluoroalkanesulfonic acid and its derivatives are exemplified. Perfluorooctane sulfonic acid and its derivatives are preferred. Fluorosurfactants are also classified into the same four types as described above.
非イオン性界面活性剤としては、具体的には例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンプロピルパーフルオロオクタンスルホンアミド、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンブロックポリマー、ポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、プロピル−2−ヒドロキシエチルパーフルオロオクタンスルホンアミド、ソルビタン脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル、脂肪酸アルカノールアミド、ポリオキシエチレンアルキルアミン等及びその誘導体を挙げることができる。また、アセチレンジオール及びそのエチレンオキシド付加物等のグリコール類を挙げることができる。なお、上記「ポリオキシエチレン」は、付加したエチレンオキシドの数(n)が2つ以上のものだけでなく、1つ付加したものも含む概念である。 Specific examples of the nonionic surfactant include polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkyl phenyl ether, polyoxyethylenepropyl perfluorooctanesulfonamide, polyoxyethylene-polyoxypropylene block polymer, polyoxyethylene Ethylene glycerin fatty acid ester, polyoxyethylene hydrogenated castor oil, polyethylene glycol fatty acid ester, propyl-2-hydroxyethyl perfluorooctanesulfonamide, sorbitan fatty acid ester, glycerin fatty acid ester, sucrose fatty acid ester, fatty acid alkanolamide, polyoxyethylene alkyl Examples thereof include amines and derivatives thereof. Moreover, glycols, such as acetylene diol and its ethylene oxide adduct, can be mentioned. The “polyoxyethylene” is a concept including not only one having two or more added ethylene oxides (n) but also one added.
陰イオン性界面活性剤としては、具体的には例えば、アルキルベンゼンスルホン酸塩、パーフルオロオクタンスルホン酸、リン酸ビス[2−(N−プロピルパーフルオロオクタンスルホニルアミノ)エチル]エステル、アルキルスルホコハク酸エステル塩、アルキルスルホン酸塩、アルキルエーテルカルボン酸塩、アルコール硫酸エステル塩、アルキルエーテル硫酸エステル塩、アルキルリン酸エステル塩等及びその誘導体が挙げられる。 Specific examples of the anionic surfactant include alkylbenzene sulfonate, perfluorooctane sulfonic acid, bis [2- (N-propylperfluorooctanesulfonylamino) ethyl] ester, and alkyl sulfosuccinate. Examples thereof include salts, alkyl sulfonates, alkyl ether carboxylates, alcohol sulfate esters, alkyl ether sulfate esters, alkyl phosphate ester salts, and the like.
陽イオン性界面活性剤としては、具体的には例えば、脂肪族アルキルアミン塩、脂肪族第4級アンモニウム塩等が、また両性界面活性剤としては、例えばアミノカルボン酸塩等が挙げられる。これらの界面活性剤は、1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて使用される。 Specific examples of the cationic surfactant include aliphatic alkylamine salts and aliphatic quaternary ammonium salts. Examples of the amphoteric surfactant include aminocarboxylates. These surfactants are used alone or in combination of two or more.
界面活性剤としては、砥粒の沈降を防止できる点で非イオン性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤が好ましく、特にアルカリ金属を含まないものが好ましい。さらに好ましくは、ポリエチレングリコール型非イオン性界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンプロピルパーフルオロオクタンスルホンアミド、グリコール類、グリセリン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、脂肪酸アルカノールアミド、アルコール硫酸エステル塩、アルキルエーテル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルリン酸エステル塩から選ばれる少なくとも1種の界面活性剤が好ましい。
ポリエチレングリコール型非イオン性界面活性剤としては、例えばポリエチレングリコールモノラウレート、ポリエチレングリコールモノステアレート、ポリエチレングリコールジステアレート、ポリエチレングリコールモノオレエート等のポリエチレングリコール脂肪酸エステル等が挙げられる。
As the surfactant, nonionic surfactants and anionic surfactants are preferable from the viewpoint of preventing sedimentation of abrasive grains, and those not containing an alkali metal are particularly preferable. More preferably, polyethylene glycol type nonionic surfactant, polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkyl phenyl ether, polyoxyethylene propyl perfluorooctanesulfonamide, glycols, glycerin fatty acid ester, sorbitan fatty acid ester, fatty acid alkanol At least one surfactant selected from amide, alcohol sulfate ester salt, alkyl ether sulfate ester salt, alkylbenzene sulfonate salt, and alkyl phosphate ester salt is preferable.
Examples of the polyethylene glycol type nonionic surfactant include polyethylene glycol fatty acid esters such as polyethylene glycol monolaurate, polyethylene glycol monostearate, polyethylene glycol distearate, and polyethylene glycol monooleate.
界面活性剤を添加する場合のその添加量は、分散性及び沈降防止、さらに研磨傷との関係から、研磨液全体に対して0.00001〜20質量%が好ましく、研磨液の基体の被研磨面に対する濡れ性を得やすくなる点で0.0001質量%以上であることが好ましい。また、界面活性剤を添加しすぎると研磨速度が低下する傾向があるので、このような傾向を抑制するためには10質量%以下とすることがより好ましく、5.0質量%以下とすることが特に好ましい。 In the case of adding a surfactant, the addition amount is preferably 0.00001 to 20% by mass with respect to the entire polishing liquid from the viewpoint of dispersibility, prevention of settling, and polishing flaws. It is preferable that it is 0.0001 mass% or more at the point which becomes easy to obtain the wettability with respect to a surface. Moreover, since there exists a tendency for a grinding | polishing rate to fall when surfactant is added too much, in order to suppress such a tendency, it is more preferable to set it as 10 mass% or less, and to 5.0 mass% or less. Is particularly preferred.
(有機溶剤)
本発明のCMP研磨液には、有機溶剤を添加することもできる。有機溶剤を添加することによって、金属膜層、層間絶縁膜層に吸着し、膜表面の濡れ性を変化させることができる。特にLow−k膜の表面に吸着し、研磨速度を制御することができる。
(Organic solvent)
An organic solvent can also be added to the CMP polishing liquid of the present invention. By adding an organic solvent, it is adsorbed on the metal film layer and the interlayer insulating film layer, and the wettability of the film surface can be changed. In particular, it is adsorbed on the surface of the Low-k film, and the polishing rate can be controlled.
有機溶剤としては、上記のような機能を有するものであれば特に制限はないが、CMP研磨液が水系分散体であることが多いため、水と任意で混合できるものが好ましい。このような有機溶剤としては、例えば、ラクトン類、グリコール類、エーテル類、アルコール類、ケトン類、炭酸エステル類を挙げることができ、中でも、Low−k膜の研磨速度を向上できる点で、グリコール類及びその誘導体、アルコール類、炭酸エステル類から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。これらの有機溶剤は、1種を単独で又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。 The organic solvent is not particularly limited as long as it has the functions described above. However, since the CMP polishing liquid is often an aqueous dispersion, a solvent that can be arbitrarily mixed with water is preferable. Examples of such an organic solvent include lactones, glycols, ethers, alcohols, ketones, and carbonic acid esters. Among these, glycols can be used to improve the polishing rate of low-k films. And at least one selected from alcohols and derivatives thereof, alcohols, and carbonates. These organic solvents can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
上記ラクトン類としては、具体的には例えば、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炭酸エステル類;ブチロラクトン、プロピロラクトン等を挙げることができる。 Specific examples of the lactones include carbonate esters such as ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate; butyrolactone, propyrolactone, and the like.
上記グリコール類及びその誘導体としては、具体的には例えば、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等のグリコールモノエーテル類、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等のグリコールジエーテル類などのグリコール類の誘導体を挙げることができる。 Specific examples of the glycols and derivatives thereof include, for example, glycols such as ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, triethylene glycol, and tripropylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, and diethylene glycol. Monomethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol monoethyl Ether, trip Pyrene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monopropyl ether, diethylene glycol monopropyl ether, dipropylene glycol monopropyl ether, triethylene glycol monopropyl ether, tripropylene glycol monopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, propylene Glycol monoethers such as 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 di Chill ether, dipropylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, tripropylene glycol dimethyl ether or ethylene glycol diethyl ether, propylene glycol diethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, dipropylene glycol diethyl ether, triethylene glycol diethyl ether, tripropylene glycol diethyl ether or 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 Examples thereof include derivatives of glycols such as glycol diethers such as cold dibutyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, dipropylene glycol dibutyl ether, triethylene glycol dibutyl ether, and tripropylene glycol dibutyl ether.
エーテル類としては、具体的には例えば、テトラヒドロフラン、ジオキサン、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等を挙げることができる。 Specific examples of ethers include tetrahydrofuran, dioxane, dimethoxyethane, polyethylene oxide, ethylene glycol monomethyl acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, and the like.
アルコール類としては、具体的には例えば、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、イソプロパノール等を挙げることができる。
ケトン類としては具体的には例えば、アセトン、メチルエチルケトン等を挙げることができる。
Specific examples of alcohols include methanol, ethanol, propanol, n-butanol, n-pentanol, n-hexanol, and isopropanol.
Specific examples of ketones include acetone and methyl ethyl ketone.
炭酸エステル類としては具体的には例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等を挙げることができる。
その他、フェノール、ジメチルホルムアミド、n−メチルピロリドン、酢酸エチル、乳酸エチル、スルホラン等を挙げることができる。
Specific examples of the carbonate esters include ethylene carbonate and propylene carbonate.
Other examples include phenol, dimethylformamide, n-methylpyrrolidone, ethyl acetate, ethyl lactate, sulfolane and the like.
有機溶剤を添加する場合のその添加量は、研磨液の基板に対する濡れ性を向上させ、かつ研磨液成分の溶解性が低下しない程度であれば特に制限はないが、具体的には、研磨液全体に対して0.1〜95質量%含有するのが好ましい。研磨液の基板に対する濡れ性を得るという観点では、0.2質量%以上であることがより好ましく、0.5質量%以上であることが特に好ましい。また、研磨液成分の溶解性を維持するという観点では、50質量%以下とすることがより好ましく、10質量%以下とすることが特に好ましい。 The amount of the organic solvent added is not particularly limited as long as it improves the wettability of the polishing liquid to the substrate and does not decrease the solubility of the polishing liquid component. It is preferable to contain 0.1-95 mass% with respect to the whole. From the viewpoint of obtaining wettability of the polishing liquid to the substrate, it is more preferably 0.2% by mass or more, and particularly preferably 0.5% by mass or more. Further, from the viewpoint of maintaining the solubility of the polishing liquid component, it is more preferably 50% by mass or less, and particularly preferably 10% by mass or less.
(水溶性ポリマ)
本発明のCMP研磨液には、研磨後の平坦性を向上できる点で水溶性ポリマを添加することができる。上記の観点では、水溶性ポリマの重量平均分子量としては500以上とすることが好ましく、1500以上とすることがより好ましく、5000以上とすることが特に好ましい。重量平均分子量の上限は特に規定するものではないが、溶解性の観点から500万以下が好ましい。重量平均分子量が500未満では高い研磨速度が発現しない傾向にある。
(Water-soluble polymer)
A water-soluble polymer can be added to the CMP polishing liquid of the present invention in that the flatness after polishing can be improved. In view of the above, the weight average molecular weight of the water-soluble polymer is preferably 500 or more, more preferably 1500 or more, and particularly preferably 5000 or more. The upper limit of the weight average molecular weight is not particularly specified, but is preferably 5 million or less from the viewpoint of solubility. When the weight average molecular weight is less than 500, a high polishing rate tends not to be exhibited.
なお、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法(GPC)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、より具体的には下記のような条件で測定することができる。
使用機器:日立L−6000型〔(株)日立製作所〕
カラム :ゲルパックGL−R420+ゲルパックGL−R430+ゲルパックGL−R440(計3本)〔日立化成工業(株)製商品名〕
溶離液 :テトラヒドロフラン
測定温度:40℃
流量 :1.75ml/min.
検出器 :L−3300RI〔(株)日立製作所〕
The weight average molecular weight can be measured using a standard polystyrene calibration curve by gel permeation chromatography (GPC), and more specifically can be measured under the following conditions.
Equipment used: Hitachi L-6000 (Hitachi, Ltd.)
Column: Gel pack GL-R420 + gel pack GL-R430 + gel pack GL-R440 (3 in total) [trade name, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.]
Eluent: Tetrahydrofuran Measurement temperature: 40 ° C
Flow rate: 1.75 ml / min.
Detector: L-3300RI [Hitachi, Ltd.]
重量平均分子量が500以上の水溶性ポリマとしては、研磨液の成分の溶解性が低下せず、砥粒が凝集しなければ特に制限はないが、具体的には例えば、多糖類、ポリカルボン酸系化合物、ビニルポリマ、グリコール化合物等を挙げることができ、これらは1種を単独で、又は2種以上混合して用いることができる。上記ポリカルボン酸系化合物としては、ポリカルボン酸又はその塩、ポリカルボン酸エステル又はその塩が挙げられる。 The water-soluble polymer having a weight average molecular weight of 500 or more is not particularly limited as long as the solubility of the components of the polishing liquid does not decrease and the abrasive grains do not aggregate. Specifically, for example, polysaccharides, polycarboxylic acids Examples thereof include a vinyl compound, a vinyl polymer, a glycol compound, and the like, and these can be used alone or in combination of two or more. As said polycarboxylic acid type compound, polycarboxylic acid or its salt, polycarboxylic acid ester, or its salt is mentioned.
上記多糖類の具体例としては、例えばアルギン酸、ペクチン酸、カルボキシメチルセルロース、寒天、カードラン及びプルラン等を挙げることができる。また、上記ポリカルボン酸系化合物の具体例としては、例えば、ポリアスパラギン酸、ポリグルタミン酸、ポリリシン、ポリリンゴ酸、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸アンモニウム塩、ポリメタクリル酸ナトリウム塩、ポリアミド酸、ポリマレイン酸、ポリイタコン酸、ポリフマル酸、ポリ(p−スチレンカルボン酸)、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、アミノポリアクリルアミド、ポリアクリル酸アンモニウム塩、ポリアクリル酸ナトリウム塩、ポリアミド酸、ポリアミド酸アンモニウム塩、ポリアミド酸ナトリウム塩及びポリグリオキシル酸等のポリカルボン酸、ポリカルボン酸エステル及びその塩を挙げることができる。
さらに、上記ビニル系ポリマの具体例としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン及びポリアクロレイン等を挙げることができる。また、ポリエチレングリコール等を使用することもできる。
Specific examples of the polysaccharide include alginic acid, pectic acid, carboxymethylcellulose, agar, curdlan, and pullulan. Specific examples of the polycarboxylic acid-based compound include, for example, polyaspartic acid, polyglutamic acid, polylysine, polymalic acid, polymethacrylic acid, polymethacrylic acid ammonium salt, polymethacrylic acid sodium salt, polyamic acid, polymaleic acid, Polyitaconic acid, polyfumaric acid, poly (p-styrenecarboxylic acid), polyacrylic acid, polyacrylamide, aminopolyacrylamide, polyacrylic acid ammonium salt, polyacrylic acid sodium salt, polyamic acid, polyamic acid ammonium salt, polyamic acid sodium salt And polycarboxylic acids such as polyglyoxylic acid, polycarboxylic acid esters and salts thereof.
Furthermore, specific examples of the vinyl polymer include polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone and polyacrolein. Polyethylene glycol or the like can also be used.
上記化合物を使用するときは、適用する基体が半導体集積回路用シリコン基板などの場合はアルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン化物等による汚染は望ましくないため、酸もしくはそのアンモニウム塩が望ましい。基体がガラス基板等である場合はその限りではない。 When the above compound is used, 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. Therefore, an acid or an ammonium salt thereof is desirable. This is not the case when the substrate is a glass substrate or the like.
上記の化合物の中でも、高平坦化が可能である点で、プルラン、ポリリンゴ酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール及びポリビニルピロリドン、それらのエステル及びそれらのアンモニウム塩が好ましい。 Among the above-mentioned compounds, pullulan, polymalic acid, polymethacrylic acid, polyacrylic acid, polyacrylamide, polyvinyl alcohol and polyvinylpyrrolidone, esters thereof and ammonium salts thereof are preferable because of high flatness.
(pH)
本発明のCMP研磨液のpHは、ルテニウム層のCMP研磨速度が大きくなるという観点から、2〜12であることが好ましい。pHが2以上またはpHが12以下であれば、研磨速度がより向上する傾向がある。pHは、2〜11であることがより好ましく、2〜10であることが特に好ましい。
(PH)
The pH of the CMP polishing liquid of the present invention is preferably 2 to 12 from the viewpoint of increasing the CMP polishing rate of the ruthenium layer. When the pH is 2 or more or the pH is 12 or less, the polishing rate tends to be further improved. The pH is more preferably 2 to 11, and particularly preferably 2 to 10.
本発明のCMP研磨液は、第1の無機砥粒の表面の少なくとも一部に第2の無機砥粒が付着した複合粒子を含有してなるものであるが、この複合粒子と、上述の各成分とを組み合わせて使用することで、上記無機砥粒の特性を活かしたより好ましい研磨特性を得ることができる。例えば、複合粒子と酸化剤もしくは/及び酸化金属溶解剤とを併用することにより、ルテニウム層、バリア層及び銅層の研磨速度をさらに向上させる効果を得ることができる。また、複合粒子と金属防食剤とを併用することにより、ルテニウム層及びバリア層の研磨速度を維持しながら、銅膜の研磨速度を抑制する効果を得ることができる。 The CMP polishing liquid of the present invention contains composite particles in which the second inorganic abrasive grains are attached to at least a part of the surface of the first inorganic abrasive grains. By using in combination with components, more preferable polishing characteristics can be obtained taking advantage of the characteristics of the inorganic abrasive grains. For example, it is possible to obtain an effect of further improving the polishing rate of the ruthenium layer, the barrier layer, and the copper layer by using the composite particles in combination with the oxidizing agent or / and the metal oxide dissolving agent. Further, by using the composite particles and the metal anticorrosive agent in combination, it is possible to obtain an effect of suppressing the polishing rate of the copper film while maintaining the polishing rate of the ruthenium layer and the barrier layer.
(研磨方法)
次に本発明の研磨方法について説明する。
本発明の研磨方法は、基板の被研磨面を研磨定盤の研磨布に押しあて、被研磨面と研磨布との間に本発明のCMP研磨液を供給しながら、基板の裏面(被研磨面と反対の面)に所定の圧力を加えた状態で、基板を研磨定盤に対して相対的に動かすことによって被研磨面を研磨する研磨方法である。
(Polishing method)
Next, the polishing method of the present invention will be described.
In the polishing method of the present invention, the polishing surface of the substrate is pressed against the polishing cloth of the polishing surface plate, the CMP polishing liquid of the present invention is supplied between the polishing surface and the polishing cloth, In this polishing method, the surface to be polished is polished by moving the substrate relative to the polishing surface plate while applying a predetermined pressure to the surface opposite to the surface).
研磨装置としては、例えば、回転数を変更可能なモータ等が取り付けてあり、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200rpm以下の低回転にすることが好ましい。 As the polishing apparatus, for example, a general polishing apparatus having a motor or the like that can change the number of rotations and having a surface plate to which a polishing cloth (pad) can be attached and a holder that holds the substrate can be used. . 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 rpm or less so that the substrate does not jump out.
研磨布に押しあてた基板へ加える圧力(研磨圧力)は4〜100kPaであることが好ましく、基板面内の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。本発明のCMP研磨液を用いることにより低研磨圧力において高い研磨速度でルテニウム層を研磨することができる。低い研磨圧力で研磨が可能であるということは、研磨層の剥離、チッピング、小片化、クラッキング等の防止や、パターンの平坦性の観点から重要である。 The pressure applied to the substrate pressed against the polishing cloth (polishing pressure) is preferably 4 to 100 kPa, and more preferably 6 to 50 kPa from the viewpoint of uniformity within the substrate surface and flatness of the pattern. By using the CMP polishing liquid of the present invention, the ruthenium layer can be polished at a high polishing rate at a low polishing pressure. The fact that polishing is possible with a low polishing pressure is important from the viewpoint of preventing peeling of the polishing layer, chipping, fragmentation, cracking, etc., and the flatness of the pattern.
研磨している間、研磨布にはCMP研磨液をポンプ等で連続的に供給する。この供給量に制限はないが、研磨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。 During polishing, a CMP polishing liquid is continuously supplied 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 substrate using a spin dryer or the like.
本発明のCMP研磨液の効果が最も発揮される基板は、バリア膜又はルテニウムを含有する層を有する基板であり、好ましくは、シリコンなどの半導体ウエハ上に、少なくとも絶縁膜層、バリア層、ルテニウム層、金属配線層がこの順に形成された基板である。 The substrate that exhibits the best effect of the CMP polishing liquid of the present invention is a substrate having a barrier film or a layer containing ruthenium, preferably at least an insulating film layer, a barrier layer, and ruthenium on a semiconductor wafer such as silicon. A substrate in which a layer and a metal wiring layer are formed in this order.
その一般例としては、図1(b)に示される基板が挙げられる。この基板においては、金属配線を形成するための溝や孔に起因する凹部及び凸部を有する絶縁膜層3上に、バリア層1及びルテニウム層5がこの順で、絶縁膜層3の表面の凹部及び凸部に沿って積層されており、さらに金属配線層(導電性物質層)4が絶縁膜層3の凹部に起因する凹部を金属で充填した形で、ルテニウム層5を被覆している。
A general example is the substrate shown in FIG. In this substrate, the
金属配線層4を形成する金属は、銅、銅合金、銅の酸化物、又は銅合金の酸化物から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。金属配線層4は、公知のスパッタ法、メッキ法により成膜することができる。
The metal forming the
ルテニウム層5を形成する材料としては、ルテニウム、ルテニウム合金、その他のルテニウム化合物から選ばれる少なくとも1種が挙げられる。
Examples of the material for forming the
また、バリア層1は、絶縁膜層へ導電性物質が拡散するのを防ぐ層である。バリア層を形成する材料としては、タンタル、タンタル合金、窒化タンタル、その他のタンタル化合物、チタン、チタン合金、窒化チタン、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、又は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
絶縁膜層3は、SiO2膜、若しくはSiO2膜よりも素子間や配線間の寄生容量を低下させることのできる絶縁膜(Low−k膜)からなる。そのような絶縁膜としては、SiOF、Si−H含有SiO2といった無機系被膜、カーボン含有SiO2(SiOC)、メチル基含有SiO2といった有機無機ハイブリッド膜、又はテフロン(登録商標)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1種が挙げられる。一方で、これらの絶縁膜は従来のSiO2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できる。ただしが、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 insulating
上述の基板は、本発明のCMP研磨液を用いて一工程で研磨をすることもできるが、各層の硬度等を考慮して二工程又は三工程で研磨をすることが好ましい。 Although the above-mentioned substrate can be polished in one step using the CMP polishing liquid of the present invention, it is preferable to polish in two steps or three steps in consideration of the hardness of each layer.
例えば、図1(b)に示す基板を、図2(a)に示すように、ルテニウム層5の凸部上にわずかの金属配線層4を残すまで、又は図2(b)に示すようにルテニウム層5あるいはバリア層1が露出するまで、金属配線層4を研磨する第1研磨工程と、図2(c)に示すようにルテニウム層5、バリア層1を研磨して、少なくとも絶縁膜層3の凸部上のバリア層1を全て研磨する第2研磨工程とからなる二段階研磨により、研磨を行うことができる。
なお、さらなる高平坦化を目的として、第1工程を第1A工程と第1B工程とに分けて、三段階研磨とすることもできる。すなわち、金属配線層4の研磨速度が高い条件で例えば金属配線層4の膜厚が200〜300nmになるまで荒削りする第1A工程と、平坦性のよい条件で図2(b)又は図2(c)に示すような状態まで研磨する第1B工程とに第1工程を分けることもできる。
このような二段階、三段階研磨を行う場合には、少なくとも最後の研磨工程において、本発明のCMP研磨液が用いられると好ましい。
For example, in the substrate shown in FIG. 1B, as shown in FIG. 2A, until a slight
For the purpose of further flattening, the first step can be divided into a first A step and a first B step, and three-step polishing can be performed. 2B or FIG. 2 (b) or FIG. 2 (b) under conditions where the
When performing such two-stage or three-stage polishing, it is preferable that the CMP polishing liquid of the present invention is used at least in the final polishing step.
以上のような本発明の研磨液を、上述の基板の化学機械研磨(CMP)に使用する場合には、同一条件下のCMPにおいて金属配線層/ルテニウム層又はバリア層/絶縁膜は研磨速度比1/0.01〜20/0.01〜20で研磨されるのが好ましい。研磨速度比を決定する際の研磨条件としては、例えば、研磨装置はMirra(APPLIED MATERIALS社製)、研磨パッドは独立気泡を持つ発泡ポリウレタン樹脂、研磨圧力は13.7kPa、研磨液流量は200mL/分、基体と研磨定盤との相対速度:70m/分研磨するといった方法が挙げられる。 When the polishing liquid of the present invention as described above is used for the chemical mechanical polishing (CMP) of the above-described substrate, the metal wiring layer / ruthenium layer or the barrier layer / insulating film has a polishing rate ratio in CMP under the same conditions. Polishing at 1 / 0.01 to 20 / 0.01 to 20 is preferable. As the polishing conditions for determining the polishing rate ratio, for example, the polishing apparatus is Mirra (manufactured by APPLIED MATERIALS), the polishing pad is a foamed polyurethane resin having closed cells, the polishing pressure is 13.7 kPa, the polishing liquid flow rate is 200 mL / And a relative speed between the substrate and the polishing platen: 70 m / min.
金属配線層/ルテニウム層又はバリア層/層間絶縁膜は研磨速度比1/0.05〜10/0.05〜10で研磨されることがより好ましく、1/0.1〜10/0.01〜10で研磨されることが特に好ましい。この比(金属配線層/ルテニウム層又はバリア層/層間絶縁膜)を10以下とすることにより、金属配線層が過度に研磨され、ディッシングが発生することをより高度に防止することが可能となり、良好なダマシン配線の形成が可能となる。また、この比が10を超えると、ルテニウム層、バリア層、層間絶縁膜層が充分な速度で研磨されず、第2の研磨工程において不要部の層の除去に長時間を要する傾向がある。
一方、金属配線層/ルテニウム層又はバリア層、金属配線層/絶縁膜が0.05未満の場合は、金属配線層が充分な速度で研磨されず、二段階研磨における第1研磨工程において、絶縁膜層上の溝又は孔部以外の金属配線層の除去が不完全であった場合、第2研磨工程において不要部の金属配線層の除去に長時間を要する傾向がある。
The metal wiring layer / ruthenium layer or barrier layer / interlayer insulating film is more preferably polished at a polishing rate ratio of 1 / 0.05 to 10 / 0.05 to 10, more preferably 1 / 0.1 to 10 / 0.01. It is particularly preferable that the polishing is performed at 10 to 10. By setting this ratio (metal wiring layer / ruthenium layer or barrier layer / interlayer insulating film) to 10 or less, it becomes possible to more highly prevent the metal wiring layer from being excessively polished and causing dishing. Good damascene wiring can be formed. On the other hand, if this ratio exceeds 10, the ruthenium layer, the barrier layer, and the interlayer insulating film layer are not polished at a sufficient speed, and there is a tendency that it takes a long time to remove unnecessary layers in the second polishing step.
On the other hand, when the metal wiring layer / ruthenium layer or barrier layer and the metal wiring layer / insulating film are less than 0.05, the metal wiring layer is not polished at a sufficient rate, and the first polishing step in the two-step polishing is insulated. When the removal of the metal wiring layer other than the groove or hole on the film layer is incomplete, it takes a long time to remove the unnecessary metal wiring layer in the second polishing step.
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されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described by way of examples. The present invention is not limited to these examples.
(砥粒分散性)
実施例1〜4で用いるCMP研磨液は、研磨液重量に対して、マレイン酸を0.5質量%、コロイダルシリカ(一次粒子径30nm,二次粒子径68nm)を4質量%、残部に純水を含有させて調製した。実施例1、3ではさらにαアルミナ(一次粒子径100nm,二次粒子径120nm)を0.2質量%、実施例2、4ではさらにαアルミナ(一次粒子径100nm,二次粒子径120nm)を0.4質量%添加した。また、比較例1で用いるCMP研磨液は、マレイン酸を0.5質量%、αアルミナ(一次粒子径100nm,二次粒子径120nm)を0.2質量%、残部に純水を含有させて調製した。比較例2で用いるCMP研磨液は、マレイン酸を0.5質量%、コロイダルシリカ(一次粒子径30nm,二次粒子径68nm)を2質量%、残部に純水を含有させて調製した。研磨液のpHはアンモニアの添加量によって調整した。実施例3、4は常温(25℃)で研磨液を60日間保管した後に測定した。
これらの研磨液中の砥粒のゼータ電位及び二次粒子径を測定した。この結果を表1に示す。
(Abrasive dispersibility)
The CMP polishing liquid used in Examples 1 to 4 is 0.5% by mass of maleic acid, 4% by mass of colloidal silica (primary particle diameter 30 nm, secondary particle diameter 68 nm), and the balance is pure with respect to the weight of the polishing liquid. Prepared with water. In Examples 1 and 3, α-alumina (primary particle diameter 100 nm, secondary particle diameter 120 nm) is further 0.2% by mass. In Examples 2 and 4, α-alumina (primary particle diameter 100 nm, secondary particle diameter 120 nm) is further added. 0.4% by mass was added. Further, the CMP polishing liquid used in Comparative Example 1 contains 0.5% by mass of maleic acid, 0.2% by mass of α-alumina (primary particle size 100 nm, secondary particle size 120 nm), and the remaining pure water. Prepared. The CMP polishing liquid used in Comparative Example 2 was prepared by adding 0.5% by mass of maleic acid, 2% by mass of colloidal silica (primary particle size of 30 nm, secondary particle size of 68 nm), and pure water in the balance. The pH of the polishing liquid was adjusted by the amount of ammonia added. Examples 3 and 4 were measured after storing the polishing liquid at room temperature (25 ° C.) for 60 days.
The zeta potential and secondary particle size of the abrasive grains in these polishing liquids were measured. The results are shown in Table 1.
(液状特性評価)
測定温度:25±5℃
ゼータ電位、二次粒子径測定装置:Malvern Instruments Ltd.製ゼータ電位・粒子径測定システムZetasizer3000HSに、20倍に希釈した上記実施例1〜4並びに比較例1及び2のCMP研磨液を1ml供給し、ゼータ電位、二次粒子径を求めた。
pH測定:電気化学計器社製型番PHL−40を用いて、測定開始1分後の数値を読み取って測定した。
(Liquid property evaluation)
Measurement temperature: 25 ± 5 ° C
Zeta potential, secondary particle size measuring device: Malvern Instruments Ltd. 1 ml of the CMP polishing liquids of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 diluted 20 times were supplied to a zeta potential / particle size measurement system Zetasizer 3000HS, and the zeta potential and secondary particle size were determined.
pH measurement: Using a model number PHL-40 manufactured by Electrochemical Instrument Co., Ltd., the value was measured 1 minute after the start of measurement.
以下、表1に示す結果について詳しく説明する。
実施例1の研磨液は、比較例2と同一の第1の無機砥粒及び酸を添加しているが、さらに第2の無機砥粒として、コロイダルシリカを4質量%添加したものである。第1の無機砥粒はαアルミナ、酸はマレイン酸である。実施例1は、比較例1とは異なり、ゼータ電位が負の値を示した。また、比較例2と同じく優れた砥粒分散性を示した。また、砥粒の砥粒付着形態を電子顕微鏡で確認したところ、図3(a)のような単独の第1の無機砥粒の表面に単独の第2の無機砥粒が付着する形態であった。
Hereinafter, the results shown in Table 1 will be described in detail.
In the polishing liquid of Example 1, the same first inorganic abrasive grains and acid as in Comparative Example 2 were added, but 4% by mass of colloidal silica was further added as the second inorganic abrasive grains. The first inorganic abrasive is α-alumina, and the acid is maleic acid. In Example 1, unlike Comparative Example 1, the zeta potential showed a negative value. Further, the same abrasive dispersibility as in Comparative Example 2 was exhibited. Moreover, when the abrasive grain adhesion form of the abrasive grains was confirmed with an electron microscope, the single second inorganic abrasive grain adhered to the surface of the single first inorganic abrasive grain as shown in FIG. It was.
実施例2の研磨液は、比較例2と同一の第1の無機砥粒及び酸を添加しているが、さらに第2の無機砥粒として、コロイダルシリカを4質量%添加したものである。第1の無機砥粒はαアルミナ、酸はマレイン酸である。実施例2は、比較例1とは異なり、ゼータ電位が負の値を示した。また、比較例2と同じく優れた砥粒分散性を示した。また、砥粒の砥粒付着形態を電子顕微鏡で確認したところ、図3(a)のような形態であった。 In the polishing liquid of Example 2, the same first inorganic abrasive grains and acid as in Comparative Example 2 were added, but 4 mass% of colloidal silica was further added as the second inorganic abrasive grains. The first inorganic abrasive is α-alumina, and the acid is maleic acid. In Example 2, unlike Comparative Example 1, the zeta potential showed a negative value. Further, the same abrasive dispersibility as in Comparative Example 2 was exhibited. Moreover, when the abrasive grain adhesion | attachment form of the abrasive grain was confirmed with the electron microscope, it was a form like Fig.3 (a).
実施例3の研磨液は、実施例1と同一の第1、第2の無機砥粒及び酸を添加した液を、常温で60日間保管したものである。第1の無機砥粒はαアルミナ、第2の無機砥粒はコロイダルシリカ、酸はマレイン酸である。実施例3は、比較例1とは異なり、ゼータ電位が負の値を示した。また、比較例2と同じく優れた砥粒分散性を示した。また、砥粒の砥粒付着形態を電子顕微鏡で確認したところ、図3(a)のような形態であった。 The polishing liquid of Example 3 is a liquid obtained by adding the same first and second inorganic abrasive grains and acid as in Example 1 and stored at room temperature for 60 days. The first inorganic abrasive grains are α-alumina, the second inorganic abrasive grains are colloidal silica, and the acid is maleic acid. In Example 3, unlike Comparative Example 1, the zeta potential showed a negative value. Further, the same abrasive dispersibility as in Comparative Example 2 was exhibited. Moreover, when the abrasive grain adhesion | attachment form of the abrasive grain was confirmed with the electron microscope, it was a form like Fig.3 (a).
実施例4の研磨液は、実施例2と同一の第1、第2の無機砥粒及び酸を添加した液を、常温で60日間保管したものである。第1の無機砥粒はαアルミナ、第2の無機砥粒はコロイダルシリカ、酸はマレイン酸である。実施例4は、比較例1とは異なり、ゼータ電位が負の値を示した。また、比較例2と同じく優れた砥粒分散性を示した。また、砥粒の砥粒付着形態を電子顕微鏡で確認したところ、図3(a)のような形態であった。 The polishing liquid of Example 4 is a liquid obtained by adding the same first and second inorganic abrasive grains and acid as in Example 2 for 60 days at room temperature. The first inorganic abrasive grains are α-alumina, the second inorganic abrasive grains are colloidal silica, and the acid is maleic acid. In Example 4, unlike Comparative Example 1, the zeta potential showed a negative value. Further, the same abrasive dispersibility as in Comparative Example 2 was exhibited. Moreover, when the abrasive grain adhesion | attachment form of the abrasive grain was confirmed with the electron microscope, it was a form like Fig.3 (a).
(研磨液作製方法)
実施例5〜8及び比較例3で用いるCMP研磨液は、研磨液重量に対して、表2に示す第1の無機砥粒を0〜0.4質量%、第2の無機砥粒を1.0質量%、過酸化水素水を3.0質量%、酸を0.5質量%、ベンゾトリアゾール(BTA)を0.2質量%、残部に純水を含有させて調製した。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。
これらの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。
(Polishing liquid preparation method)
The CMP polishing liquid used in Examples 5 to 8 and Comparative Example 3 is 0 to 0.4 mass% of the first inorganic abrasive grains shown in Table 2 and 1 of the second inorganic abrasive grains with respect to the weight of the polishing liquid. It was prepared by adding 0.0% by mass, 3.0% by mass of hydrogen peroxide, 0.5% by mass of acid, 0.2% by mass of benzotriazole (BTA), and pure water in the balance. The pH of the polishing liquid was adjusted by the amount of ammonia added.
Using these polishing liquids, the substrate to be polished was polished under the following polishing conditions.
(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:卓上ラッピング装置(ナノファクター社製)
研磨液流量:11mL/分
基体:厚さ0.3μmのルテニウム膜をスパッタ法で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:29.4kPa
基体と研磨定盤との相対速度:25m/分
研磨液の供給量:11ml/分
研磨時間:1分
洗浄:研磨後ウエハを流水で良く洗浄後、水滴を除去し、乾燥させた。
(Liquid property evaluation)
Measurement temperature: 25 ± 5 ° C
pH: Measured with Model No. PHL-40 manufactured by Electrochemical Instruments.
(CMP polishing conditions)
Polishing device: Desktop lapping device (Nano Factor)
Polishing liquid flow rate: 11 mL / min Substrate: A silicon substrate on which a ruthenium film having a thickness of 0.3 μm is formed by sputtering.
Polishing pad: Foam polyurethane resin with closed cells (Roder model number IC1000)
Polishing pressure: 29.4 kPa
Relative speed between substrate and polishing surface plate: 25 m / min Supply amount of polishing liquid: 11 ml / min Polishing time: 1 minute Cleaning: After polishing, the wafer was thoroughly washed with running water, and then water droplets were removed and dried.
(研磨品評価項目)
研磨速度:上記条件で研磨及び洗浄したルテニウム膜の研磨速度を研磨前後での膜厚差を電気抵抗値から換算して求めた。
(Abrasive product evaluation items)
Polishing rate: The polishing rate of the ruthenium film polished and washed under the above conditions was determined by converting the film thickness difference before and after polishing from the electrical resistance value.
実施例5〜8及び比較例3のCMP研磨液を用いた場合のRu研磨速度(RuRR)を表3に示す。 Table 3 shows the Ru polishing rate (RuRR) when the CMP polishing liquids of Examples 5 to 8 and Comparative Example 3 were used.
以下、表3に示す結果について詳しく説明する。
実施例5では、比較例3と同一の第2の無機砥粒、酸化剤、酸、金属防食剤を添加しているが、さらに第1の無機砥粒としてαアルミナを0.1質量%添加したものである。第2の無機砥粒はコロイダルシリカ、酸化剤は過酸化水素水、酸はリンゴ酸、金属防食剤はBTAである。実施例5は、ルテニウム研磨速度が32nm/分と、比較例3より速い値を示した。
Hereinafter, the results shown in Table 3 will be described in detail.
In Example 5, the same second inorganic abrasive grains, oxidizing agent, acid, and metal anticorrosive agent as in Comparative Example 3 were added, but 0.1 mass% of α alumina was further added as the first inorganic abrasive grains. It is a thing. The second inorganic abrasive grains are colloidal silica, the oxidizing agent is hydrogen peroxide, the acid is malic acid, and the metal anticorrosive is BTA. In Example 5, the ruthenium polishing rate was 32 nm / min, which was faster than Comparative Example 3.
実施例6では、比較例3と同一の第2の無機砥粒、酸化剤、酸、金属防食剤を添加しているが、さらに第1の無機砥粒としてαアルミナを0.2質量%添加したものである。第2の無機砥粒はコロイダルシリカ、酸化剤は過酸化水素水、酸はリンゴ酸、金属防食剤はBTAである。実施例6は、ルテニウム研磨速度が38nm/分と、比較例3より速い値を示した。 In Example 6, the same second inorganic abrasive grains, oxidizing agent, acid, and metal anticorrosive agent as in Comparative Example 3 were added, but 0.2 mass% of α-alumina was further added as the first inorganic abrasive grains. It is a thing. The second inorganic abrasive grains are colloidal silica, the oxidizing agent is hydrogen peroxide, the acid is malic acid, and the metal anticorrosive is BTA. In Example 6, the ruthenium polishing rate was 38 nm / min, which was faster than Comparative Example 3.
実施例7では、比較例3と同一の第2の無機砥粒、酸化剤、酸、金属防食剤を添加しているが、さらに第1の無機砥粒としてαアルミナを0.3質量%添加したものである。第2の無機砥粒はコロイダルシリカ、酸化剤は過酸化水素水、酸はリンゴ酸、金属防食剤はBTAである。実施例7は、ルテニウム研磨速度が42nm/分と、比較例3より速い値を示した。 In Example 7, the same second inorganic abrasive grains, oxidizing agent, acid, and metal anticorrosive agent as in Comparative Example 3 were added, but 0.3 mass% of α-alumina was further added as the first inorganic abrasive grains. It is a thing. The second inorganic abrasive grains are colloidal silica, the oxidizing agent is hydrogen peroxide, the acid is malic acid, and the metal anticorrosive is BTA. In Example 7, the ruthenium polishing rate was 42 nm / min, which was faster than Comparative Example 3.
実施例8では、比較例3と同一の第2の無機砥粒、酸化剤、酸、金属防食剤を添加しているが、さらに第1の無機砥粒としてαアルミナを0.4質量%添加したものである。第2の無機砥粒はコロイダルシリカ、酸化剤は過酸化水素水、酸はリンゴ酸、金属防食剤はBTAである。実施例8は、ルテニウム研磨速度が44nm/分と、比較例3より速い値を示した。 In Example 8, the same second inorganic abrasive grains, oxidizing agent, acid, and metal anticorrosive agent as in Comparative Example 3 were added, but 0.4 mass% of α-alumina was further added as the first inorganic abrasive grains. It is a thing. The second inorganic abrasive grains are colloidal silica, the oxidizing agent is hydrogen peroxide, the acid is malic acid, and the metal anticorrosive is BTA. In Example 8, the ruthenium polishing rate was 44 nm / min, which was faster than Comparative Example 3.
実施例9〜11及び比較例4〜6で用いるCMP研磨液は、研磨液全量に対して、表4に示す第1の無機砥粒を0〜1.0質量%、第2の無機砥粒を0.1〜5.0質量%、表4に示す酸化剤を1.5〜3質量%、酸を0.5質量%、BTAを0.2質量%、残部に純水を含有させて調製した。また、実施例10ではさらに有機溶剤としてプロピルプロピレングリコール(PG)を8質量%含有させて調製した。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。
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 CMP polishing liquid used in Examples 9 to 11 and Comparative Examples 4 to 6 is 0 to 1.0 mass% of the first inorganic abrasive grains shown in Table 4 with respect to the total amount of the polishing liquid, and the second inorganic abrasive grains. 0.1 to 5.0% by mass, 1.5 to 3% by mass of the oxidizing agent shown in Table 4, 0.5% by mass of acid, 0.2% by mass of BTA, and the balance containing pure water. Prepared. Further, Example 10 was prepared by further containing 8% by mass of propylpropylene glycol (PG) as an organic solvent. The pH of the polishing liquid was adjusted by the amount of ammonia added.
Using these metal polishing liquids, the substrate to be polished was polished under the following polishing conditions.
(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:(1)厚さ1.5μmの銅膜(Cu膜)をスパッタ法で形成したシリコン基板。
(2)厚さ0.3μmのルテニウム膜(Ru膜)をスパッタ法で形成したシリコン基板。
(3)厚さ0.2μmの窒化タンタル膜(TaN膜)をスパッタ法で形成したシリコン基板。
(4)厚さ1μmの二酸化ケイ素膜(SiO2膜)をCVD法で形成したシリコン基板。
(5)厚さ1μmのオルガノシリケートグラス(SiOC膜)をCVD法で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IC1010)
研磨圧力:13.7kPa
基体と研磨定盤との相対速度:70m/分
研磨時間:1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 liquid flow rate: 200 mL / min Substrate: (1) A silicon substrate on which a copper film (Cu film) having a thickness of 1.5 μm is formed by sputtering.
(2) A silicon substrate on which a ruthenium film (Ru film) having a thickness of 0.3 μm is formed by sputtering.
(3) A silicon substrate on which a tantalum nitride film (TaN film) having a thickness of 0.2 μm is formed by sputtering.
(4) A silicon substrate on which a silicon dioxide film (SiO 2 film) having a thickness of 1 μm is formed by a CVD method.
(5) A silicon substrate on which an organosilicate glass (SiOC film) having a thickness of 1 μm is formed by a CVD method.
Polishing pad: Foam polyurethane resin with closed cells (Model number IC1010 manufactured by Rodel)
Polishing pressure: 13.7 kPa
Relative speed between substrate and polishing platen: 70 m / min Polishing time: 1 minute
(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。
(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.
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.
(研磨品評価項目)
研磨速度:上記条件で研磨及び洗浄した(1)〜(4)のブランケット基板のうち、銅膜(1)、ルテニウム膜(2)及び窒化タンタル膜(3)の研磨前後での膜厚差を電気抵抗値から換算して求めた。また、二酸化ケイ素(4)の研磨前後での膜厚差を、大日本スクリーン製造株式会社製膜厚測定装置(製品名ラムダエースVLM8000LS)を用いて測定し求めた。
(Abrasive product evaluation items)
Polishing rate: Among the blanket substrates (1) to (4) polished and cleaned under the above conditions, the difference in film thickness before and after polishing of the copper film (1), ruthenium film (2) and tantalum nitride film (3). Calculated from the electrical resistance value. Moreover, the film thickness difference before and behind polishing of silicon dioxide (4) was measured and determined using a Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. film thickness measuring device (product name: Lambda Ace VLM8000LS).
実施例9〜11及び比較例4〜6における銅研磨速度(CuRR)、ルテニウム研磨速度RuRR)、窒化タンタル研磨速度(TaNRR)、SiO2研磨速度(SiO2RR)、SiOC研磨速度(SiOCRR)を表5に示す。 The copper polishing rate (CuRR), ruthenium polishing rate RuRR), tantalum nitride polishing rate (TaNRR), SiO 2 polishing rate (SiO 2 RR), and SiOC polishing rate (SiOCRR) in Examples 9 to 11 and Comparative Examples 4 to 6 Table 5 shows.
以下、表5に示す結果について詳しく説明する。
実施例9では、比較例4、5と同一の酸化剤、酸、金属防食剤を添加しているが、砥粒にαアルミナを1質量%、コロイダルシリカ5.0質量%添加したものである。酸化剤は過酸化水素、酸はリンゴ酸、金属防食剤はBTAである。実施例9では、銅研磨速度、SiOC研磨速度は比較例4、5と同等の研磨速度が得られた。一方、ルテニウム研磨速度は28nm/分と、比較例4より速い研磨速度が得られ、窒化タンタル研磨速度は65nm/分、SiO2研磨速度は29nm/分と、比較例5より速い研磨速度が得られた。
Hereinafter, the results shown in Table 5 will be described in detail.
In Example 9, the same oxidizing agent, acid, and metal anticorrosive agent as in Comparative Examples 4 and 5 were added, but 1 mass% α-alumina and 5.0 mass% colloidal silica were added to the abrasive grains. . The oxidizing agent is hydrogen peroxide, the acid is malic acid, and the metal anticorrosive is BTA. In Example 9, the copper polishing rate and the SiOC polishing rate were the same as those in Comparative Examples 4 and 5. On the other hand, the ruthenium polishing rate is 28 nm / min, which is faster than Comparative Example 4, the tantalum nitride polishing rate is 65 nm / min, and the SiO 2 polishing rate is 29 nm / min, which is faster than Comparative Example 5. It was.
実施例10では、比較例4、5と同一の酸、金属防食剤を添加しているが、砥粒としてαアルミナを1質量%、コロイダルシリカ5.0質量%、有機溶剤としてPGを8質量%、酸化剤として過酸化水素を1.5質量%添加したものである。酸はリンゴ酸、金属防食剤はBTAである。実施例10では、銅研磨速度は比較例4、5と同等の研磨速度が得られた。一方、ルテニウム研磨速度は20nm/分と、比較例4より速い研磨速度が得られ、窒化タンタル研磨速度は59nm/分、SiO2研磨速度は35nm/分と、比較例5より速い研磨速度が得られた。また、SiOC研磨速度は36nm/分と、比較例4,5より速い研磨速度が得られた。 In Example 10, the same acid and metal anticorrosive agent as those in Comparative Examples 4 and 5 were added, but 1 mass% of α alumina, 5.0 mass% of colloidal silica as abrasive grains, and 8 mass of PG as an organic solvent. %, And 1.5% by mass of hydrogen peroxide as an oxidizing agent. The acid is malic acid and the metal anticorrosive is BTA. In Example 10, the polishing rate equivalent to that of Comparative Examples 4 and 5 was obtained as the copper polishing rate. On the other hand, the ruthenium polishing rate is 20 nm / min, which is faster than Comparative Example 4, the tantalum nitride polishing rate is 59 nm / min, and the SiO 2 polishing rate is 35 nm / min, which is faster than Comparative Example 5. It was. The SiOC polishing rate was 36 nm / min, which was faster than Comparative Examples 4 and 5.
実施例11では、比較例4、5と同一の酸化剤、酸、金属防食剤を添加しているが、砥粒にαアルミナを1質量%、コロイダルシリカを0.1質量%添加したものである。酸化剤は過酸化水素、酸はリンゴ酸、金属防食剤はBTAである。実施例11では、銅研磨速度、SiOC研磨速度は比較例4、5と同等の研磨速度が得られた。一方、ルテニウム研磨速度は26nm/分と、比較例4より速い研磨速度が得られたものの、窒化タンタル研磨速度は35nm/分、SiO2研磨速度は10nm/分と、比較例4より遅く、比較例5と同等の研磨速度であった。 In Example 11, the same oxidizing agent, acid, and metal anticorrosive agent as in Comparative Examples 4 and 5 were added, but 1 mass% of α-alumina and 0.1 mass% of colloidal silica were added to the abrasive grains. is there. The oxidizing agent is hydrogen peroxide, the acid is malic acid, and the metal anticorrosive is BTA. In Example 11, the copper polishing rate and the SiOC polishing rate were the same as those in Comparative Examples 4 and 5. On the other hand, the ruthenium polishing rate was 26 nm / min, which was faster than Comparative Example 4, but the tantalum nitride polishing rate was 35 nm / min and the SiO 2 polishing rate was 10 nm / min, which was slower than Comparative Example 4, The polishing rate was the same as in Example 5.
1…バリア層、2…銅シード層、3…絶縁膜層、4…金属配線層、5…ルテニウム層。
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記複合粒子の平均二次粒径は20〜800nmであり、
前記第1の無機砥粒の前記第2の無機砥粒に対する質量比が1/10〜10/1であるCMP研磨液。 A CMP polishing liquid comprising composite particles having the second inorganic abrasive grains attached to at least a part of the surface of the first inorganic abrasive grains,
The average secondary particle size of the composite particles is 20 to 800 nm,
A CMP polishing liquid, wherein a mass ratio of the first inorganic abrasive grains to the second inorganic abrasive grains is 1/10 to 10/1.
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