JP2013038237A - Cmp polishing liquid 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ける研磨に使用されるCMP用研磨液及び研磨方法に関する。 The present invention relates to a polishing liquid for CMP and a polishing method used for polishing in a wiring formation process of a semiconductor device.
近年、半導体集積回路(以下、LSIという)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(以下、CMPという)法もその一つであり、LSI製造工程、特に、多層配線形成工程における層間絶縁膜の平坦化、金属プラグ形成、埋め込み配線形成等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。)。 2. Description of the Related Art In recent years, new microfabrication techniques have been developed along with higher integration and higher performance of semiconductor integrated circuits (hereinafter referred to as LSIs). Chemical mechanical polishing (hereinafter referred to as CMP) is one of them, and is a technology frequently used in LSI manufacturing processes, particularly in the formation of interlayer insulating films, metal plugs, embedded wirings, etc. in multilayer wiring forming processes. (For example, see Patent Document 1).
また、最近は、LSIを高性能化するために、配線材料となる導電性物質として銅又は銅合金の利用が試みられている。しかし、銅又は銅合金は従来のアルミニウム合金配線の形成で頻繁に用いられたドライエッチング法による微細加工が困難である。 Recently, in order to improve the performance of LSIs, attempts have been made to use copper or a copper alloy as a conductive substance serving as a wiring material. However, it is difficult to finely process copper or a copper alloy by a dry etching method frequently used in forming a conventional aluminum alloy wiring.
そこで、例えば、予め溝が形成された絶縁膜上に銅又は銅合金の薄膜を堆積して埋め込み、溝部以外の前記薄膜をCMPにより除去して埋め込み配線を形成する、いわゆるダマシン法が主に採用されている(例えば、特許文献2参照。)。 Therefore, for example, a so-called damascene method is mainly employed, in which a thin film of copper or copper alloy is deposited and embedded on an insulating film in which grooves have been previously formed, and the thin film other than the grooves is removed by CMP to form embedded wiring. (For example, see Patent Document 2).
一方、銅又は銅合金等の配線用金属からなる導電性物質層の下層には、シリコン基板上に形成した層間絶縁膜中への金属の拡散防止や密着性向上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、窒化タンタル等の導体からなる層が形成される。従って、銅又は銅合金等の配線用金属からなる導電性物質を埋め込む配線部以外では、露出したバリア層をCMPにより取り除く必要がある。 On the other hand, on the lower layer of a conductive material layer made of a metal for wiring such as copper or a copper alloy, a barrier conductor layer (hereinafter referred to as a barrier conductor layer for preventing metal diffusion into an interlayer insulating film formed on a silicon substrate and improving adhesion) For example, a layer made of a conductor such as tantalum, a tantalum alloy, or tantalum nitride is formed. Therefore, it is necessary to remove the exposed barrier layer by CMP except for a wiring portion in which a conductive material made of a wiring metal such as copper or a copper alloy is embedded.
しかし、前記バリア層を構成する導体は、銅又は銅合金に比べ硬度が高いために、銅又は銅合金用の研磨材料を組み合わせても十分な研磨速度が得られず、且つ被研磨面の平坦性が悪くなる場合が多い。そこで、導電性物質層を研磨する第1の研磨工程と、バリア層を研磨する第2の研磨工程とに分け、それぞれ異なる研磨液で研磨を行う2段階研磨方法が検討されている。 However, since the conductor constituting the barrier layer has higher hardness than copper or copper alloy, a sufficient polishing rate cannot be obtained even when a polishing material for copper or copper alloy is combined, and the surface to be polished is flat. In many cases, it becomes worse. Therefore, a two-stage polishing method in which polishing is performed with different polishing liquids has been studied, divided into a first polishing process for polishing the conductive material layer and a second polishing process for polishing the barrier layer.
図1に一般的な2段階研磨方法を適用したダマシンプロセスによる配線形成を断面模式図で示す。図1(a)は研磨前の状態を示し、表面に溝を形成した層間絶縁膜1と、層間絶縁膜1表面の凹部及び凸部に追従するように形成されたバリア層2と、この凹部及び凸部を埋めるように堆積された銅又は銅合金等の配線用金属からなる導電性物質層3を有する。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing wiring formation by a damascene process to which a general two-stage polishing method is applied. FIG. 1A shows a state before polishing, an interlayer insulating film 1 having a groove formed on the surface, a barrier layer 2 formed so as to follow the recesses and protrusions on the surface of the interlayer insulating film 1, and the recesses. And a conductive material layer 3 made of a wiring metal such as copper or a copper alloy deposited so as to fill the convex portion.
先ず、図1(b)に示すように、配線用金属を研磨するための研磨液で、バリア層2が露出するまで導電性物質層3を研磨する(第1の研磨工程)。次に、バリア層2を研磨するための研磨液で層間絶縁膜1の凸部が露出するまでバリア層2を研磨する(第2の研磨工程)。この第2の研磨工程においては、図1(c)に示すように、層間絶縁膜1を余分に研磨するオーバー研磨が行われることが多い。このようなオーバー研磨により、研磨後の被研磨面の平坦性を高めることができる。尚、図1の(c)中、点線は研磨されたバリア層部分4(第2の研磨工程前(図1(b))のバリア層2の状態)を表す。 First, as shown in FIG. 1B, the conductive material layer 3 is polished with a polishing liquid for polishing the wiring metal until the barrier layer 2 is exposed (first polishing step). Next, the barrier layer 2 is polished with a polishing liquid for polishing the barrier layer 2 until the convex portions of the interlayer insulating film 1 are exposed (second polishing step). In this second polishing step, as shown in FIG. 1C, over polishing is often performed in which the interlayer insulating film 1 is excessively polished. By such overpolishing, the flatness of the polished surface after polishing can be improved. In FIG. 1C, the dotted line represents the polished barrier layer portion 4 (the state of the barrier layer 2 before the second polishing step (FIG. 1B)).
このようなバリア層2用の研磨液として、酸化剤と、金属表面に対する保護膜形成剤と、酸と、水とを含み、pHが3以下であり、上記酸化剤の濃度が0.01質量%〜3質量%である化学機械研磨用研磨剤が提案されている。(例えば、特許文献3参照。) Such a polishing liquid for the barrier layer 2 contains an oxidizing agent, a protective film forming agent for the metal surface, an acid, and water, has a pH of 3 or less, and a concentration of the oxidizing agent of 0.01 mass. An abrasive for chemical mechanical polishing of from% to 3% by mass has been proposed. (For example, refer to Patent Document 3.)
ところで、近年、配線間隔及び配線厚みの更なる微細化に伴い、バリア層を研磨する第2の研磨工程で発生する研磨傷(スクラッチとも呼ばれる)の発生による問題が大きくなっている。研磨傷は、導電性物質層及び層間絶縁膜の膜表面に生じる直線状の傷であり、膜の欠損や構造変化を引き起こす原因となっている。研磨傷が導電性物質層及び層間絶縁膜の膜表面に発生した場合、膜の欠損や構造変化が生じ、この結果半導体デバイスの配線の断線や信頼性の低下等の問題が起こる。この問題は、配線間隔及び配線厚みの微細化が進行した場合、より顕著になる。 By the way, in recent years, with further miniaturization of the wiring interval and the wiring thickness, a problem due to the generation of polishing scratches (also called scratches) generated in the second polishing process for polishing the barrier layer has become larger. Polishing scratches are linear scratches generated on the surfaces of the conductive material layer and the interlayer insulating film, and cause film defects and structural changes. When polishing flaws occur on the surface of the conductive material layer and the interlayer insulating film, film defects and structural changes occur, resulting in problems such as disconnection of the wiring of the semiconductor device and a decrease in reliability. This problem becomes more prominent when the wiring interval and the wiring thickness are miniaturized.
上述のように、従来のバリア層用研磨液を用いた場合に問題となる研磨傷は、研磨速度の向上を図るために、砥粒として用いられるシリカやアルミナ等の粗大粒子が原因であると考えられる。即ち、CMP用研磨液に粒子径が比較的大きい粒子が含まれていると、この粒子が研磨時に研磨パッドからの圧力を選択的に受けやすく、前記粒子と接する膜表面に局所的な圧力が生じ、その状態で前記粒子が膜表面を移動することにより、直線状の研磨傷が発生すると考えられる。従って、設計通り良好に動作する半導体デバイスを作製するためには、バリア層を研磨する第2の研磨工程において、研磨傷の発生を抑えることが益々重要な課題となっている。 As described above, the polishing scratches that become a problem when the conventional barrier layer polishing liquid is used are caused by coarse particles such as silica and alumina used as abrasive grains in order to improve the polishing rate. Conceivable. That is, if the CMP polishing liquid contains particles having a relatively large particle size, the particles are likely to be selectively subjected to pressure from the polishing pad during polishing, and local pressure is applied to the film surface in contact with the particles. It is considered that when the particles move on the film surface in this state, linear polishing scratches are generated. Therefore, in order to manufacture a semiconductor device that operates well as designed, it is increasingly important to suppress the generation of polishing flaws in the second polishing step for polishing the barrier layer.
本発明は、かかる課題を解決するものであって、良好な研磨速度を確保しつつ、研磨傷の発生数を劇的に低減することが可能なCMP用研磨液及びこれを用いた研磨方法を提供するものである。 The present invention solves this problem, and provides a polishing liquid for CMP and a polishing method using the same that can dramatically reduce the number of occurrences of polishing flaws while ensuring a good polishing rate. It is to provide.
本発明者等は、前記課題を解決するために種々の検討を行った結果、研磨液中に含まれる砥粒が2次粒子径に応じた特定の粒度分布を有するように粒子径と粒子数を制御することにより、研磨傷の発生数を著しく低減できることを見出した。 As a result of various studies to solve the above problems, the present inventors have determined that the particle diameter and the number of particles so that the abrasive grains contained in the polishing liquid have a specific particle size distribution according to the secondary particle diameter. It was found that the number of occurrences of polishing flaws can be remarkably reduced by controlling.
本発明に係るCMP用研磨液及び研磨方法は、以下の通りである。
<1> 砥粒と、酸化金属溶解剤と、酸化剤と、水とを含有し、pHが4以下であり、光散乱法及び光遮蔽法を用いて測定される粒度分布が下記条件(a)及び(b)を満たすCMP用研磨液である。
条件(a):粒子径が0.56μm以上、0.64μm未満の粒子数が1000個/ml未満である
条件(b):粒子径が0.64μm以上、0.79μm未満の粒子数が600個/ml未満である
The CMP polishing liquid and polishing method according to the present invention are as follows.
<1> An abrasive grain, a metal oxide solubilizer, an oxidizer, and water are included. The pH is 4 or less, and the particle size distribution measured using a light scattering method and a light shielding method is the following condition (a ) And (b).
Condition (a): The number of particles having a particle diameter of 0.56 μm or more and less than 0.64 μm is less than 1000 / ml Condition (b): The number of particles having a particle diameter of 0.64 μm or more and less than 0.79 μm is 600 Less than pieces / ml
<2> 前記粒度分布が、更に下記条件(c)を満たす<1>に記載のCMP用研磨液である。
条件(c):粒子径が0.79μm以上、0.98μm未満の粒子数が500個/ml未満である
<2> The CMP polishing liquid according to <1>, wherein the particle size distribution further satisfies the following condition (c).
Condition (c): The number of particles having a particle diameter of 0.79 μm or more and less than 0.98 μm is less than 500 / ml.
<3> 前記粒度分布が、更に下記条件(d)を満たす<2>に記載のCMP用研磨液である。
条件(d):粒子径が0.98μm以上、1.43μm未満の粒子数が300個/ml未満である
<3> The CMP polishing liquid according to <2>, wherein the particle size distribution further satisfies the following condition (d).
Condition (d): The number of particles having a particle diameter of 0.98 μm or more and less than 1.43 μm is less than 300 / ml.
<4> 前記粒度分布が、更に下記条件(e)を満たす<3>に記載のCMP用研磨液である。
条件(e):粒子径が1.43μm以上、3.99μm未満の粒子数が150個/ml未満である
<4> The CMP polishing liquid according to <3>, wherein the particle size distribution further satisfies the following condition (e).
Condition (e): The number of particles having a particle size of 1.43 μm or more and less than 3.99 μm is less than 150 / ml.
<5> 前記粒度分布が、更に下記条件(f)を満たす<4>に記載のCMP用研磨液である。
条件(f):粒子径が3.99μm以上の粒子数が50個/ml未満である
<5> The CMP polishing liquid according to <4>, wherein the particle size distribution further satisfies the following condition (f).
Condition (f): The number of particles having a particle size of 3.99 μm or more is less than 50 / ml.
<6> 前記砥粒が、シリカ、アルミナ、セリア、チタニア、ジルコニア、ゲルマニア及びこれらの変性物からなる群から選ばれる少なくとも1種である<1>〜<5>のいずれか1つに記載のCMP用研磨液である。 <6> The abrasive grain according to any one of <1> to <5>, wherein the abrasive is at least one selected from the group consisting of silica, alumina, ceria, titania, zirconia, germania, and modified products thereof. A polishing liquid for CMP.
<7> 前記砥粒の2次粒子径が10nm以上、200nm以下である<1>〜<6>のいずれか1つに記載のCMP用研磨液である。 <7> The polishing slurry for CMP according to any one of <1> to <6>, wherein a secondary particle diameter of the abrasive grains is 10 nm or more and 200 nm or less.
<8> 前記砥粒の含有量がCMP用研磨液100質量部中に0.2質量部〜50質量部である<1>〜<7>のいずれか1つに記載のCMP用研磨液である。 <8> The polishing slurry for CMP according to any one of <1> to <7>, wherein the content of the abrasive grains is 0.2 to 50 parts by mass in 100 parts by mass of the polishing slurry for CMP. is there.
<9> 更に第4級ホスホニウム塩を含有する<1>〜<8>のいずれか1つに記載のCMP用研磨液である。 <9> The polishing slurry for CMP according to any one of <1> to <8>, further containing a quaternary phosphonium salt.
<10> 前記第4級ホスホニウム塩が、ブチルトリフェニルホスホニウム塩、アミルトリフェニルホスホニウム塩、ヘキシルトリフェニルホスホニウム塩、n−ヘプチルトリフェニルホスホニウム塩、テトラフェニルホスホニウム塩及びベンジルトリフェニルホスホニウム塩から選ばれる少なくとも1種である<9>に記載のCMP用研磨液である。 <10> The quaternary phosphonium salt is selected from butyltriphenylphosphonium salt, amyltriphenylphosphonium salt, hexyltriphenylphosphonium salt, n-heptyltriphenylphosphonium salt, tetraphenylphosphonium salt and benzyltriphenylphosphonium salt. The polishing slurry for CMP according to <9>, which is at least one kind.
<11> 表面に凹部及び凸部が形成された層間絶縁膜と、前記凹部及び凸部に沿って前記層間絶縁膜の表面を被覆するバリア層と、少なくとも前記凹部内を充填し、且つ前記バリア層を被覆する導電性物質層と、を有する基板の前記導電性物質層を研磨して前記凸部上のバリア層を露出させる第1の研磨工程と、露出した前記バリア層を研磨して、前記層間絶縁膜の凸部を露出させる第2の研磨工程と、を有する2段階研磨方法の前記第2の研磨工程において用いられる<1>〜<10>のいずれか1つに記載のCMP用研磨液である。 <11> An interlayer insulating film having recesses and protrusions formed on the surface, a barrier layer covering the surface of the interlayer insulating film along the recesses and protrusions, at least filling the recesses, and the barrier A first polishing step of polishing the conductive material layer of the substrate having a conductive material layer covering the layer to expose the barrier layer on the convex portion, and polishing the exposed barrier layer; <1> to <10> for use in the second polishing step of a two-step polishing method comprising: a second polishing step for exposing a convex portion of the interlayer insulating film. A polishing liquid.
<12> 表面に凹部及び凸部が形成された層間絶縁膜と、前記凹部及び凸部に沿って前記層間絶縁膜の表面を被覆するバリア層と、少なくとも前記凹部内を充填し、且つ前記バリア層を被覆する導電性物質層と、を有する基板の前記導電性物質層を研磨して前記凸部上のバリア層を露出させる第1の研磨工程と、露出した前記バリア層を、<1>〜<10>のいずれか1つに記載のCMP用研磨液を用いて研磨して、前記層間絶縁膜の凸部を露出させる第2の研磨工程と、を有する研磨方法である。 <12> An interlayer insulating film having recesses and protrusions formed on the surface, a barrier layer covering the surface of the interlayer insulating film along the recesses and protrusions, at least filling the recesses, and the barrier A first polishing step of polishing the conductive material layer of the substrate having a conductive material layer covering the layer to expose the barrier layer on the convex portion, and the exposed barrier layer <1> A polishing method comprising: a second polishing step of polishing using the CMP polishing liquid according to any one of <10> to expose a convex portion of the interlayer insulating film.
<13> 前記導電性物質層が、銅、銅合金、銅の酸化物及び銅合金の酸化物から選ばれる少なくとも1種の導電性物質を含む<12>に記載の研磨方法である。 <13> The polishing method according to <12>, wherein the conductive material layer includes at least one conductive material selected from copper, a copper alloy, a copper oxide, and a copper alloy oxide.
<14> 前記バリア層が、タンタル、タンタル化合物、チタン、チタン化合物、タングステン、タングステン化合物、ルテニウム及びルテニウム化合物から選ばれる少なくとも1種を含む<12>又は<13>に記載の研磨方法である。 <14> The polishing method according to <12> or <13>, wherein the barrier layer includes at least one selected from tantalum, a tantalum compound, titanium, a titanium compound, tungsten, a tungsten compound, ruthenium, and a ruthenium compound.
<15> 前記層間絶縁膜が、low−k膜である<12>〜<14>のいずれか1つに記載の研磨方法である。 <15> The polishing method according to any one of <12> to <14>, wherein the interlayer insulating film is a low-k film.
<16> 前記low−k膜が、誘電率2.9以下のシリコン系被膜又は有機ポリマ膜である<15>に記載の研磨方法である。 <16> The polishing method according to <15>, wherein the low-k film is a silicon-based film or an organic polymer film having a dielectric constant of 2.9 or less.
本発明によれば、良好な研磨速度を確保しつつ、研磨傷の発生数を劇的に低減することが可能なCMP用研磨液及びこれを用いた研磨方法を提供することが可能になる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the polishing liquid for CMP which can dramatically reduce the number of generation | occurrence | production of a polishing flaw, and the polishing method using the same, ensuring a favorable polishing rate.
本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の作用が達成されれば、本用語に含まれる。また本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。更に本明細書において研磨液中の各成分の量について言及する場合、研磨液中に各成分に該当する物質が複数存在する場合には、特に断らない限り、研磨液中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。 In this specification, the term “process” is not limited to an independent process, and is included in the term if the intended action of the process is achieved even when it cannot be clearly distinguished from other processes. . In the present specification, a numerical range indicated by using “to” indicates a range including the numerical values described before and after “to” as the minimum value and the maximum value, respectively. Further, in the present specification, when referring to the amount of each component in the polishing liquid, when there are a plurality of substances corresponding to each component in the polishing liquid, the plurality of the plurality of substances existing in the polishing liquid unless otherwise specified. It means the total amount of substance.
以下、本発明のCMP用研磨液(以下、単に「研磨液」ともいう。)及びこれを用いた研磨方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
[研磨液]
Hereinafter, preferred embodiments of a polishing slurry for CMP of the present invention (hereinafter also simply referred to as “polishing fluid”) and a polishing method using the same will be described in detail.
[Polishing liquid]
本発明のCMP用研磨液は、砥粒と、後述する酸化金属溶解剤の少なくとも1種と、酸化剤の少なくとも1種と、水とを含有し、pHが4以下である。 The CMP polishing liquid of the present invention contains abrasive grains, at least one metal oxide solubilizer described later, at least one oxidizing agent, and water, and has a pH of 4 or less.
前記研磨液においては、前記砥粒の粒度分布が2次粒子径に応じて制御されることにより、研磨の際に膜表面に生じる研磨傷の発生数を著しく低減できる。従って、前記研磨液によれば、膜の欠損や構造変化による半導体デバイスの配線の断線や信頼性の低下等の問題を抑えることができる。前記砥粒の粒度分布は、研磨液を用いて光散乱法及び光遮蔽法によって測定される粒度分布を表す。 In the polishing liquid, by controlling the particle size distribution of the abrasive grains according to the secondary particle diameter, it is possible to remarkably reduce the number of polishing flaws generated on the film surface during polishing. Therefore, according to the polishing liquid, it is possible to suppress problems such as disconnection of the wiring of the semiconductor device and deterioration of reliability due to film defects and structural changes. The particle size distribution of the abrasive grains represents a particle size distribution measured by a light scattering method and a light shielding method using a polishing liquid.
<砥粒>
前記研磨液は、2次粒子径に応じて粒度分布が制御された砥粒を含有する。前記砥粒は、2次粒子径がより大きい研磨材粒子ほど、その粒子数が段階的に少なくなるように制御される。これにより、バリア層の研磨速度を良好に確保しつつ、研磨の際に膜表面に発生する研磨傷の低減を飛躍的に図ることができる。
<Abrasive>
The polishing liquid contains abrasive grains whose particle size distribution is controlled according to the secondary particle diameter. The abrasive grains are controlled so that the abrasive particles having a larger secondary particle diameter are gradually reduced in number. As a result, it is possible to dramatically reduce polishing scratches generated on the film surface during polishing while ensuring a good polishing rate of the barrier layer.
前記砥粒の前記粒度分布は、下記条件(a)及び(b)を満たすものとされる。研磨速度の制御性と研磨傷の低減効果の両立の観点から、更に下記条件(c)〜(f)を満たすことが好ましく、下記条件(a)〜(f)を全て満たすことがより好ましい。
条件(a):2次粒子径が0.56μm以上、0.64μm未満の研磨材粒子(第1の粒子群)がCMP用研磨液1ml中に0個以上、1000個未満の範囲で含まれる
条件(b):2次粒子径が0.64μm以上、0.79μm未満の研磨材粒子(第2の粒子群)がCMP用研磨液1ml中に0個以上、600個未満の範囲で含まれる
条件(c):2次粒子径が0.79μm以上、0.98μm未満の研磨材粒子(第3の粒子群)がCMP用研磨液1ml中に0個以上、500個未満の範囲で含まれる
条件(d):2次粒子径が0.98μm以上、1.43μm未満の研磨材粒子(第4の粒子群)がCMP用研磨液1ml中に0個以上、300個未満の範囲で含まれる
条件(e):2次粒子径が1.43μm以上、3.99μm未満の研磨材粒子(第5の粒子群)がCMP用研磨液1ml中に0個以上、150個未満の範囲で含まれる
条件(f):2次粒子径が3.99μm以上の研磨材粒子(第6の粒子群)がCMP用研磨液1ml中に0個以上、50個未満の範囲で含まれる
The particle size distribution of the abrasive grains satisfies the following conditions (a) and (b). From the viewpoint of achieving both the controllability of the polishing rate and the effect of reducing polishing flaws, it is preferable that the following conditions (c) to (f) are further satisfied, and it is more preferable that all of the following conditions (a) to (f) are satisfied.
Condition (a): Abrasive particles (first particle group) having a secondary particle size of 0.56 μm or more and less than 0.64 μm are contained in 1 ml of CMP polishing liquid in a range of 0 or more and less than 1000 particles. Condition (b): Abrasive particles (second particle group) having a secondary particle diameter of 0.64 μm or more and less than 0.79 μm are contained in 1 ml of CMP polishing liquid in a range of 0 or more and less than 600. Condition (c): Abrasive particles (third particle group) having a secondary particle diameter of 0.79 μm or more and less than 0.98 μm are contained in 1 ml of CMP polishing liquid in a range of 0 or more and less than 500 particles. Condition (d): Abrasive particles (fourth particle group) having a secondary particle size of 0.98 μm or more and less than 1.43 μm are contained in a range of 0 or more and less than 300 in 1 ml of the polishing slurry for CMP. Condition (e): Abrasive grains having a secondary particle size of 1.43 μm or more and less than 3.99 μm (Fifth particle group) is contained in 1 ml of CMP polishing liquid in a range of 0 or more and less than 150 Condition (f): Abrasive particles (second particles) having a secondary particle diameter of 3.99 μm or more Group) is contained in 1 ml of CMP polishing liquid in the range of 0 or more and less than 50.
前記第1の粒子群の前記粒子数は、好ましくは0個以上、900個未満、より好ましくは0個以上、800個未満である。前記第2の粒子群の前記粒子数は、好ましくは0個以上、550個未満、より好ましくは0個以上、500個未満である。前記第3の粒子群の前記粒子数は、好ましくは0個以上、450個未満、より好ましくは0個以上、400個未満である。前記第4の粒子群の前記粒子数は、好ましくは0個以上、270個未満、より好ましくは0個以上、240個未満である。前記第5の粒子群の前記粒子数は、好ましくは0個以上、135個未満、より好ましくは0個以上、120個未満である。前記第6の粒子群の前記粒子数は、好ましくは0個以上、45個未満、より好ましくは0個以上、40個未満である。 The number of particles in the first particle group is preferably 0 or more and less than 900, more preferably 0 or more and less than 800. The number of particles in the second particle group is preferably 0 or more and less than 550, more preferably 0 or more and less than 500. The number of particles in the third particle group is preferably 0 or more and less than 450, more preferably 0 or more and less than 400. The number of particles in the fourth particle group is preferably 0 or more and less than 270, more preferably 0 or more and less than 240. The number of particles in the fifth particle group is preferably 0 or more and less than 135, more preferably 0 or more and less than 120. The number of particles in the sixth particle group is preferably 0 or more and less than 45, more preferably 0 or more and less than 40.
但し、前記第1〜第6の前記粒子数は、本発明の研磨液を、実際に半導体デバイスを作製する際に用いられる研磨液に適用する場合の数値をそれぞれ表すものであり、使用時に水等の溶媒で所定の濃度に希釈して用いられる濃縮型の研磨液に適用する場合については、希釈後の研磨液における数値である。 However, the number of the first to sixth particles represents a numerical value when the polishing liquid of the present invention is applied to a polishing liquid used in actually manufacturing a semiconductor device, In the case of applying to a concentrated polishing liquid used by diluting to a predetermined concentration with a solvent such as the above, it is a numerical value in the diluted polishing liquid.
前記砥粒の粒度分布を制御する方法としては、特に制限はないが、フィルタを用いての濾過、自然沈降分離及び遠心分離等から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。中でも、粗大粒子を効果的に低減しつつ、工程時間及び工程費用を抑制できるという観点より、フィルタを用いての濾過がより好ましい。かかる粒度分布を制御する方法は、1種類単独で又は2種類以上を組み合わせて用いることもできる。 The method for controlling the particle size distribution of the abrasive grains is not particularly limited, but is preferably at least one selected from filtration using a filter, natural sedimentation separation, centrifugation, and the like. Especially, filtration using a filter is more preferable from a viewpoint that process time and process expense can be suppressed, reducing a coarse particle effectively. Such a method for controlling the particle size distribution may be used alone or in combination of two or more.
前記砥粒の粒度分布は、光散乱法及び光遮蔽法を用いた粒度分布測定装置(例えば、Particle Sizing System社製の商品名:Accusizer780)で測定できる。前記粒度分布測定装置を用いた測定に際し、測定条件の詳細については、後述の通りとされる。 The particle size distribution of the abrasive grains can be measured with a particle size distribution measuring apparatus using a light scattering method and a light shielding method (for example, trade name: Accusizer 780 manufactured by Particle Sizing System). In the measurement using the particle size distribution measuring apparatus, details of the measurement conditions are as described below.
前記砥粒としては、特に制限はないが、具体的には例えば、シリカ、アルミナ、ジルコニア、セリア、チタニア、ゲルマニア及びこれらの変性物等が挙げられ、中でも、シリカ、アルミナ、ジルコニア、セリア、チタニア及びゲルマニアが好ましく、シリカ及びアルミナが更に好ましい。 The abrasive grains are not particularly limited, and specific examples include silica, alumina, zirconia, ceria, titania, germania, and modified products thereof, among which silica, alumina, zirconia, ceria, titania. And germania are preferred, and silica and alumina are more preferred.
前記シリカ又はアルミナの粒子としては、研磨液中での分散安定性に優れ、CMPにより発生する研磨傷(スクラッチ)の発生数が少ない、コロイダルシリカ又はコロイダルアルミナが好ましく、コロイダルシリカがより好ましい。 The silica or alumina particles are preferably colloidal silica or colloidal alumina, more preferably colloidal silica, which is excellent in dispersion stability in the polishing liquid and has a small number of polishing scratches (scratches) generated by CMP.
前記コロイダルシリカは、シリコンアルコキシドの加水分解又は珪酸ナトリウムのイオン交換による公知の製造方法により製造することができ、粒径制御性やアルカリ金属不純物の点で、テトラメトキシシラン又はテトラエトキシシラン等のシリコンアルコキシドを加水分解する方法が最もよく利用される。また、前記コロイダルアルミナは、硝酸アルミニウムの加水分解による公知の製造方法により製造することができる。 The colloidal silica can be produced by a known production method by hydrolysis of silicon alkoxide or ion exchange of sodium silicate, and silicon such as tetramethoxysilane or tetraethoxysilane in terms of particle size controllability and alkali metal impurities. The method of hydrolyzing the alkoxide is most often used. The colloidal alumina can be produced by a known production method by hydrolysis of aluminum nitrate.
なお、前記変性物とは、砥粒粒子の表面をアルキル基等で変性したものである。砥粒粒子の表面をアルキル基で変性する方法は、特に制限はないが、例えば、砥粒の粒子表面に存在する水酸基とアルキル基を有するアルコキシシランとを反応させる方法が挙げられる。 The modified product is a product obtained by modifying the surface of abrasive grains with an alkyl group or the like. The method of modifying the surface of the abrasive grain with an alkyl group is not particularly limited, and examples thereof include a method of reacting a hydroxyl group present on the grain surface of the abrasive grain with an alkoxysilane having an alkyl group.
前記アルキル基を有するアルコキシシランとしては、特に制限はないが、モノメチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、トリメチルモノメトキシシラン、モノエチルトリメトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、トリエチルモノメトキシシラン、モノメチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、トリメチルモノエトキシシラン等が挙げられる。 The alkoxysilane having an alkyl group is not particularly limited, but monomethyltrimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, trimethylmonomethoxysilane, monoethyltrimethoxysilane, diethyldimethoxysilane, triethylmonomethoxysilane, monomethyltriethoxysilane, Examples thereof include dimethyldiethoxysilane and trimethylmonoethoxysilane.
前記水酸基とアルキル基を有するアルコキシシランとを反応させる方法としては、特に制限はなく、例えば砥粒粒子とアルコキシシランとを研磨液中で室温又は所望により加熱下に反応させる方法等が使用できる。これら砥粒は、1種類単独で又は2種類以上を混合して用いることができる。 The method for reacting the hydroxyl group and the alkoxysilane having an alkyl group is not particularly limited. For example, a method of reacting abrasive grains and alkoxysilane in a polishing liquid at room temperature or optionally with heating can be used. These abrasive grains can be used alone or in combination of two or more.
前記砥粒の含有量は、前記研磨液100質量部中に、好ましくは0.2質量部〜50質量部、より好ましくは0.5質量部〜30質量部、更に好ましくは1質量部〜20質量部である。前記砥粒の含有量が0.2質量部以上で用いるとバリア層、層間絶縁膜に対する研磨速度が低下することがなく、また50質量部以下で用いれば砥粒が凝集することを抑制できる。 The content of the abrasive grains is preferably 0.2 to 50 parts by mass, more preferably 0.5 to 30 parts by mass, and further preferably 1 to 20 parts by mass in 100 parts by mass of the polishing liquid. Part by mass. When the content of the abrasive grains is 0.2 parts by mass or more, the polishing rate for the barrier layer and the interlayer insulating film does not decrease, and when 50 parts by mass or less is used, aggregation of the abrasive grains can be suppressed.
前記砥粒の2次粒子径は、10nm〜200nmであることが好ましい。より良好な研磨速度が得られる点で、前記2次粒子径は20nm以上であることがより好ましく、30nm以上であることが更に好ましく、40nm以上であることが特に好ましい。また、研磨傷をより効果的に抑制できる点で、前記2次粒子径は150nm以下であることがより好ましく、100nm以下であることが更に好ましく、80nm以下であることが特に好ましい。 The secondary particle diameter of the abrasive grains is preferably 10 nm to 200 nm. The secondary particle diameter is more preferably 20 nm or more, further preferably 30 nm or more, and particularly preferably 40 nm or more in that a better polishing rate can be obtained. Further, the secondary particle diameter is more preferably 150 nm or less, further preferably 100 nm or less, and particularly preferably 80 nm or less in that polishing scratches can be more effectively suppressed.
前記砥粒の2次粒子径は、動的光散乱式粒度分布計(例えば、COULTER Electronics社製の商品名:COULTER N4 SD)で測定した値である。Coulterの測定条件は、測定温度20℃、溶媒屈折率1.333(水)、粒子屈折率Unknown(設定)、溶媒粘度1.005cp(水)、Run Time200sec、レーザ入射角90°であり、Intensity(散乱強度、濁度に相当)が5E+04〜4E+05の範囲に入るように、4E+05よりも高い場合には水で希釈して測定する。 The secondary particle diameter of the abrasive grains is a value measured with a dynamic light scattering particle size distribution meter (for example, trade name: COULTER N4 SD manufactured by COULTER Electronics). The measurement conditions of the Coulter were a measurement temperature of 20 ° C., a solvent refractive index of 1.333 (water), a particle refractive index of Unknown (setting), a solvent viscosity of 1.005 cp (water), a Run Time of 200 sec, and a laser incident angle of 90 °. When it is higher than 4E + 05 so that (scattering intensity, corresponding to turbidity) falls within the range of 5E + 04 to 4E + 05, it is diluted with water and measured.
また、前記砥粒は、砥粒の凝集を抑制する観点より、平均粒度分布の標準偏差が10nm以下であることが好ましく、5nm以下であることがより好ましい。 The abrasive grains preferably have a standard deviation of the average particle size distribution of 10 nm or less, more preferably 5 nm or less, from the viewpoint of suppressing aggregation of the abrasive grains.
前記砥粒は、導電性物質層、バリア層及び層間絶縁膜の研磨速度の観点より、平均2粒子未満の一次粒子が凝集した凝集粒子であることが好ましく、平均1.5粒子未満の一次粒子が凝集した凝集粒子であることがより好ましい。 The abrasive grains are preferably aggregated particles obtained by agglomerating primary particles having an average of less than 2 particles, and primary particles having an average of less than 1.5 particles from the viewpoint of the polishing rate of the conductive material layer, the barrier layer, and the interlayer insulating film. More preferably, the particles are aggregated particles.
前記砥粒が平均2粒子未満であることを確認するには、まず、動的光散乱式粒度分布計(例えば、COULTER Electronics社製の商品名:COULTER N4 SD)で測定し、平均粒径を求める。次に、測長走査型電子顕微鏡(例えば、日立ハイテクノロジーズ社製の商品名:S−4800)で観察し、砥粒の一次粒径を求める。そして得られた砥粒の平均粒径を一次粒径で割って、算出すればよい。 In order to confirm that the abrasive grains are less than 2 particles on average, first, the average particle size is measured by a dynamic light scattering particle size distribution meter (for example, product name: COULTER N4 SD manufactured by COULTER Electronics). Ask. Next, the primary particle size of the abrasive grains is obtained by observing with a length-measuring scanning electron microscope (for example, trade name: S-4800 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). Then, the average particle diameter of the obtained abrasive grains may be divided by the primary particle diameter and calculated.
<酸化金属溶解剤>
本発明の研磨液は、酸化金属溶解剤の少なくとも1種を含有する。前記酸化金属溶解剤は、研磨速度及びエッチング速度を効果的に制御できる化合物である。
<Metal oxide solubilizer>
The polishing liquid of the present invention contains at least one metal oxide solubilizer. The metal oxide solubilizer is a compound that can effectively control the polishing rate and the etching rate.
前記酸化金属溶解剤としては、特に制限はないが、有機酸、有機酸エステル、有機酸のアンモニウム塩等の有機酸化合物、無機酸、無機酸のアンモニウム塩等の無機酸化合物などが挙げられる。具体的には、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、グリコール酸、サリチル酸、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、クエン酸、p−トルエンスルホン酸等の有機酸;該有機酸エステル及び前記有機酸のアンモニウム塩;塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸;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、クロム酸アンモニウム等の前記無機酸のアンモニウム塩類などが挙げられる。 The metal oxide solubilizer is not particularly limited, and examples thereof include organic acid compounds such as organic acids, organic acid esters, and ammonium salts of organic acids, and inorganic acid compounds such as inorganic acids and ammonium salts of inorganic acids. Specifically, 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-heptane Acid, 2-methylhexanoic acid, n-octanoic acid, 2-ethylhexanoic acid, benzoic acid, glycolic acid, salicylic acid, glyceric acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, maleic acid Organic acids such as phthalic acid, malic acid, tartaric acid, citric acid and p-toluenesulfonic acid; ammonium salts of the organic acid esters and organic acids; inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and nitric acid; ammonium persulfate, ammonium nitrate and chloride Examples thereof include ammonium salts of the above inorganic acids such as ammonium and ammonium chromate.
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、マロン酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、サリチル酸、アジピン酸が好ましい。これら酸化金属溶解剤は、1種類単独で又は2種類以上混合して用いることができる。 Among these, formic acid, malonic acid, malic acid, tartaric acid, citric acid, salicylic acid, and adipic acid are preferable in that the etching rate can be effectively suppressed while maintaining a practical polishing rate. These metal oxide solubilizers can be used alone or in combination of two or more.
前記酸化金属溶解剤の含有量は、導電性物質層及びバリア層の研磨速度が向上する点で前記研磨液100質量部中、0.001質量部以上であることが好ましく、0.002質量部以上であることがより好ましく、0.005質量部以上であることが更に好ましい。また、エッチングの抑制が容易となり、被研磨面に生じる荒れを抑制できる点で、前記研磨液100質量部中、20質量部以下であることが好ましく、10質量部以下であることがより好ましく、5質量部以下であることが更に好ましい。 The content of the metal oxide solubilizer is preferably 0.001 parts by mass or more in 100 parts by mass of the polishing liquid in terms of improving the polishing rate of the conductive material layer and the barrier layer, and 0.002 parts by mass. More preferably, it is more preferably 0.005 parts by mass or more. Moreover, it is preferable that it is 20 parts by mass or less, more preferably 10 parts by mass or less, in 100 parts by mass of the polishing liquid, in that etching can be easily suppressed and roughness generated on the surface to be polished can be suppressed. More preferably, it is 5 parts by mass or less.
<酸化剤>
前記研磨液は、酸化剤の少なくとも1種を含有する。前記酸化剤としては、金属に対する酸化作用を有する化合物であれば、特に制限はなく、具体的には例えば、過酸化水素、ペルオキソ硫酸塩、硝酸、過ヨウ素酸カリウム、次亜塩素酸、オゾン水等が挙げられ、この中でも過酸化水素が好ましい。これら酸化剤は1種類単独で又は2種類以上を混合して用いることができる。
<Oxidizing agent>
The polishing liquid contains at least one oxidizing agent. The oxidizing agent is not particularly limited as long as it is a compound having an oxidizing action on metals. Specifically, for example, hydrogen peroxide, peroxosulfate, nitric acid, potassium periodate, hypochlorous acid, ozone water Among them, hydrogen peroxide is preferable. These oxidizing agents can be used alone or in combination of two or more.
前記酸化剤の含有量は、導電性物質層およびバリア層の酸化が十分起こり、研磨速度も良好に保たれる点で、前記研磨液100質量部中に、0.01質量部以上が好ましく、0.02質量部以上がより好ましく、0.05質量部以上が更に好ましい。また、被研磨面に荒れが生じることを防止できる点で、前記研磨液100質量部中に、50質量部以下であることが好ましく、30質量部以下がより好ましく、15質量部以下が更に好ましい。 The content of the oxidizing agent is preferably 0.01 parts by mass or more in 100 parts by mass of the polishing liquid, in that the conductive material layer and the barrier layer are sufficiently oxidized and the polishing rate is also kept good. 0.02 parts by mass or more is more preferable, and 0.05 parts by mass or more is more preferable. Moreover, it is preferably 50 parts by mass or less, more preferably 30 parts by mass or less, and even more preferably 15 parts by mass or less in 100 parts by mass of the polishing liquid in that it can prevent the surface to be polished from being rough. .
<金属防食剤>
本発明の研磨液は、金属防食剤の少なくとも1種を含有することが好ましい。前記金属防食剤としては、金属に対する防食作用を有する化合物として従来公知のものがいずれも使用可能である。
<Metal anticorrosive>
The polishing liquid of the present invention preferably contains at least one metal anticorrosive agent. As the metal anticorrosive agent, any conventionally known compounds can be used as compounds having an anticorrosive action against metals.
例えば、2−メルカプトベンゾチアゾ−ル、2,4−ジメチルチアゾール等のチアゾール骨格を有する化合物;1,2,3−トリアゾ−ル、1,2,4−トリアゾ−ル、3−アミノ−1H−1,2,4−トリアゾ−ル、ベンゾトリアゾ−ル、1−ヒドロキシベンゾトリアゾ−ル、1−ジヒドロキシプロピルベンゾトリアゾ−ル、2,3−ジカルボキシプロピルベンゾトリアゾ−ル、4−ヒドロキシベンゾトリアゾ−ル、4−カルボキシル(−1H−)ベンゾトリアゾ−ル、4−カルボキシル(−1H−)ベンゾトリアゾ−ルメチルエステル、4−カルボキシル(−1H−)ベンゾトリアゾ−ルブチルエステル、4−カルボキシル(−1H−)ベンゾトリアゾ−ルオクチルエステル、5−ヘキシルベンゾトリアゾ−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−ル、ナフトトリアゾ−ル、ビス[(1−ベンゾトリアゾリル)メチル]ホスホン酸等のトリアゾール骨格を有する化合物;ピリミジン、1,2,4−トリアゾロ[1,5−a]ピリミジン、1,3,4,6,7,8−ヘキサハイドロ−2H−ピリミド[1,2−a]ピリミジン、1,3−ジフェニル−ピリミジン−2,4,6−トリオン、1,4,5,6−テトラハイドロピリミジン、2,4,5,6−テトラアミノピリミジンサルフェイト、2,4,5−トリハイドロキシピリミジン、2,4,6−トリアミノピリミジン、2,4,6−トリクロロピリミジン、2,4,6−トリメトキシピリミジン、2,4,6−トリフェニルピリミジン、2,4−ジアミノ−6−ヒドロキシルピリミジン、2,4−ジアミノピリミジン、2−アセトアミドピリミジン、2−アミノピリミジン、2−メチル−5,7−ジフェニル−(1,2,4)トリアゾロ(1,5−a)ピリミジン、2−メチルサルファニル−5,7−ジフェニル−(1,2,4)トリアゾロ(1,5−a)ピリミジン、2−メチルサルファニル−5,7−ジフェニル−4,7−ジヒドロ−(1,2,4)トリアゾロ(1,5−a)ピリミジン、4−アミノピラゾロ[3,4,−d]ピリミジン等のピリミジン骨格を有する化合物;テトラゾール、5−メチルテトラゾール、5−アミノテトラゾール、1−(2−ジメチルアミノエチル)−5−メルカプトテトラゾール等のテトラゾール骨格を有する化合物;イミダゾール、2−メチルイミダゾール、2−エチルイミダゾール、2−イソプロピルイミダゾール、2−プロピルイミダゾール、2−ブチルイミダゾール、4−メチルイミダゾール、2、4−ジメチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−ウンデシルイミダゾール、2−アミノイミダゾール等のイミダゾール骨格を有する化合物;ピラゾール、3,5−ジメチルピラゾール、3―アミノ−5−メチルピラゾール、4−メチルピラゾール、3−アミノ−5−ヒドロキシピラゾール等のピラゾール骨格を有する化合物;などが挙げられる。これらは1種類を単独で、又は2種類以上を混合して用いることができる。 For example, compounds having a thiazole skeleton such as 2-mercaptobenzothiazol and 2,4-dimethylthiazole; 1,2,3-triazol, 1,2,4-triazole, 3-amino-1H -1,2,4-triazole, benzotriazole, 1-hydroxybenzotriazole, 1-dihydroxypropylbenzotriazole, 2,3-dicarboxypropylbenzotriazole, 4-hydroxy Benzotriazole, 4-carboxyl (-1H-) benzotriazole, 4-carboxyl (-1H-) benzotriazole methyl ester, 4-carboxyl (-1H-) benzotriazole butyl ester, 4-carboxyl ( -1H-) benzotriazol octyl ester, 5-hexylbenzotriazole, [1,2,3-benzoto Azolyl-1-methyl] [1,2,4-triazolyl-1-methyl] [2-ethylhexyl] amine, tolyltriazole, naphthotriazole, bis [(1-benzotriazolyl) methyl] phosphonic acid, etc. Compound having a triazole skeleton; pyrimidine, 1,2,4-triazolo [1,5-a] pyrimidine, 1,3,4,6,7,8-hexahydro-2H-pyrimido [1,2-a] pyrimidine 1,3-diphenyl-pyrimidine-2,4,6-trione, 1,4,5,6-tetrahydropyrimidine, 2,4,5,6-tetraaminopyrimidine sulfate, 2,4,5-trione Hydroxypyrimidine, 2,4,6-triaminopyrimidine, 2,4,6-trichloropyrimidine, 2,4,6-trimethoxypyrimidine, 2,4,6-to Phenylpyrimidine, 2,4-diamino-6-hydroxylpyrimidine, 2,4-diaminopyrimidine, 2-acetamidopyrimidine, 2-aminopyrimidine, 2-methyl-5,7-diphenyl- (1,2,4) triazolo ( 1,5-a) pyrimidine, 2-methylsulfanyl-5,7-diphenyl- (1,2,4) triazolo (1,5-a) pyrimidine, 2-methylsulfanyl-5,7-diphenyl-4 , 7-dihydro- (1,2,4) triazolo (1,5-a) pyrimidine, compounds having a pyrimidine skeleton such as 4-aminopyrazolo [3,4, -d] pyrimidine; tetrazole, 5-methyltetrazole, 5 -Compounds having a tetrazole skeleton such as aminotetrazole and 1- (2-dimethylaminoethyl) -5-mercaptotetrazole Imidazole, 2-methylimidazole, 2-ethylimidazole, 2-isopropylimidazole, 2-propylimidazole, 2-butylimidazole, 4-methylimidazole, 2,4-dimethylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 2; -Compounds having an imidazole skeleton such as undecylimidazole and 2-aminoimidazole; such as pyrazole, 3,5-dimethylpyrazole, 3-amino-5-methylpyrazole, 4-methylpyrazole, 3-amino-5-hydroxypyrazole A compound having a pyrazole skeleton; and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
前記の中では、エッチング速度が効果的に抑制できるという点で、トリアゾール骨格を有する化合物及びテトラゾール骨格を有する化合物が好ましく、1,2,3−トリアゾ−ル、ベンゾトリアゾ−ル、1−ヒドロキシベンゾトリアゾ−ル、テトラゾール、5−メチルテトラゾール、5−アミノテトラゾールがより好ましい。 Among them, a compound having a triazole skeleton and a compound having a tetrazole skeleton are preferable in that the etching rate can be effectively suppressed, and 1,2,3-triazole, benzotriazole, 1-hydroxybenzotriazole and the like. Azol, tetrazole, 5-methyltetrazole and 5-aminotetrazole are more preferred.
金属防食剤の含有量は、導電性物質層のエッチングの抑制が容易であり、且つ被研磨面に荒れが生じる可能性も少ない点で、前記研磨液100質量部中に、0.001質量部以上であることが好ましく、0.005質量部以上であることがより好ましく、0.01質量部以上であることが更に好ましい。また、導電性物質層及びバリア層の研磨速度の低下を抑えられる点で、前記研磨液100質量部中、10質量部以下であることが好ましく、5質量部以下であることがより好ましく、2質量部以下であることが更に好ましい。 The content of the metal anticorrosive is 0.001 part by mass in 100 parts by mass of the polishing liquid in that the etching of the conductive material layer can be easily suppressed and the surface to be polished is less likely to be rough. Preferably, it is 0.005 parts by mass or more, and more preferably 0.01 parts by mass or more. Moreover, it is preferable that it is 10 mass parts or less in 100 mass parts of said polishing liquid, and it is more preferable that it is 5 mass parts or less at the point which can suppress the fall of the grinding | polishing rate of an electroconductive substance layer and a barrier layer. It is still more preferable that it is below mass parts.
<水溶性ポリマ>
前記研磨液は、水溶性ポリマの少なくとも1種を含むことが好ましい。これにより、被研磨面の平坦性の向上が効果的に達成できる。水溶性ポリマは1種類単独で又は2種類以上を混合して用いることができる。
<Water-soluble polymer>
The polishing liquid preferably contains at least one water-soluble polymer. Thereby, the improvement of the flatness of a to-be-polished surface can be achieved effectively. A water-soluble polymer can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.
水溶性ポリマは、重合可能な置換基を有する原料モノマを重合又は共重合させて得られるものが好ましい。水溶性ポリマは、単一のモノマからなるホモポリマであっても、2つ以上のモノマからなる共重合体(コポリマ)であってもよい。 The water-soluble polymer is preferably obtained by polymerizing or copolymerizing a raw material monomer having a polymerizable substituent. The water-soluble polymer may be a homopolymer composed of a single monomer or a copolymer (copolymer) composed of two or more monomers.
前記原料モノマとしては、具体的には例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、ビニル酢酸、チグリン酸、2−トリフルオロメチルアクリル酸、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸、シトラコン酸、メサコン酸、グルコン酸等のカルボン酸類;2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸等のスルホン酸類;アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル等のエステル類等が挙げられる。 Specific examples of the raw material monomer include acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, vinyl acetic acid, tiglic acid, 2-trifluoromethyl acrylic acid, itaconic acid, fumaric acid, maleic acid, citraconic acid, mesaconic acid, Examples thereof include carboxylic acids such as gluconic acid; sulfonic acids such as 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid; esters such as methyl acrylate, butyl acrylate, methyl methacrylate, and butyl methacrylate.
前記水溶性ポリマは、カルボン酸基、スルホン酸基等の酸基の一部が塩を形成していてもよい。前記塩としては、アンモニウム塩、アルカリ金属塩、アルキルアミン塩等が挙げられる。本発明では、水溶性ポリマが有している、塩を形成可能な置換基の一部又は全部が塩を形成しているものを、その水溶性ポリマの塩として定義する。例えば、ポリアクリル酸(アクリル酸のホモポリマ)におけるカルボン酸基の一部又は全部がアンモニウム塩基に置換されたポリマを「ポリアクリル酸アンモニウム塩」という。 In the water-soluble polymer, a part of acid groups such as a carboxylic acid group and a sulfonic acid group may form a salt. Examples of the salt include ammonium salt, alkali metal salt, alkylamine salt and the like. In the present invention, a water-soluble polymer having a part or all of substituents capable of forming a salt forming a salt is defined as a salt of the water-soluble polymer. For example, a polymer in which some or all of the carboxylic acid groups in polyacrylic acid (a homopolymer of acrylic acid) are substituted with an ammonium base is referred to as “polyacrylic acid ammonium salt”.
水溶性ポリマとしては、平坦化特性に優れる点で、アクリル酸系ポリマ(モノマ成分としてC=C−COOH骨格を有する含む化合物原料モノマを含む重合又は共重合させて得られるポリマ)であることが好ましい。 The water-soluble polymer is an acrylic acid polymer (polymer obtained by polymerization or copolymerization containing a compound raw material monomer having a C═C—COOH skeleton as a monomer component) in terms of excellent planarization characteristics. preferable.
前記水溶性ポリマの具体例としては、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及びその塩;アルギン酸、ペクチン酸、カルボキシメチルセルロ−ス、寒天、カードラン及びプルラン等の多糖類;ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン及びポリアクロレイン等のビニル系ポリマ等が挙げられる。 Specific examples of the water-soluble polymer 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. Acid, poly (p-styrenecarboxylic acid), polyacrylic acid, polyacrylamide, aminopolyacrylamide, ammonium polyacrylate, sodium polyacrylate, polyamic acid, polyamic acid ammonium salt, polyamic acid sodium salt and polyglyoxylic acid Polycarboxylic acids such as alginic acid, pectinic acid, carboxymethylcellulose, agar, curdlan and pullulan, etc .; polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone and polychlore Vinyl polymers such as emissions and the like.
前記水溶性ポリマの重量平均分子量は、好ましくは500以上、より好ましくは1500以上、更に好ましくは5000以上である。前記水溶性ポリマの重量平均分子量の上限は特に制限はないが、溶解度の観点から500万以下が好ましい。前記水溶性ポリマの重量平均分子量が500以上であると高い研磨速度を発現する。前記水溶性ポリマの重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより標準ポリスチレンの検量線を用いて測定することができる。 The water-soluble polymer has a weight average molecular weight of preferably 500 or more, more preferably 1500 or more, and still more preferably 5000 or more. The upper limit of the weight average molecular weight of the water-soluble polymer is not particularly limited, but is preferably 5 million or less from the viewpoint of solubility. When the water-soluble polymer has a weight average molecular weight of 500 or more, a high polishing rate is exhibited. The weight average molecular weight of the water-soluble polymer can be measured by gel permeation chromatography using a standard polystyrene calibration curve.
前記水溶性ポリマの含有量は、前記研磨液100質量部中に、好ましくは0.001質量部〜15質量部、より好ましくは0.005質量部〜10質量部、更に好ましくは0.01質量部〜5質量部である。前記水溶性ポリマの含有量が0.001質量部以上であると、エロージョン及びシームの抑制効果が低下することもなく、15質量部以下であると、研磨液に含まれる砥粒の安定性が極端に低下することもない。 The content of the water-soluble polymer is preferably 0.001 to 15 parts by mass, more preferably 0.005 to 10 parts by mass, and still more preferably 0.01 parts by mass in 100 parts by mass of the polishing liquid. Part to 5 parts by mass. When the content of the water-soluble polymer is 0.001 part by mass or more, the effect of suppressing erosion and seam is not lowered, and when it is 15 parts by mass or less, the stability of the abrasive grains contained in the polishing liquid is increased. There is no extreme decline.
<有機溶剤>
前記研磨液においては、前述の酸化金属溶解剤及び酸化剤の他に、有機溶剤が含まれてもよい。有機溶剤の添加により、被研磨面に対する濡れ性が制御され、層間絶縁膜に対する研磨速度を向上させることができる。前記有機溶剤としては、特に制限はないが、水と任意に混合できるものが好ましい。
<Organic solvent>
The polishing liquid may contain an organic solvent in addition to the metal oxide solubilizer and the oxidant described above. By adding the organic solvent, the wettability with respect to the surface to be polished is controlled, and the polishing rate for the interlayer insulating film can be improved. Although there is no restriction | limiting in particular as said organic solvent, The thing which can be arbitrarily mixed with water is preferable.
前記有機溶剤としては、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のラクトン類;エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール等のグリコール類;グリコール類の誘導体として、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、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等;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のエーテル類;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のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;その他、フェノール類、ジメチルホルムアミド等のアミド類、N−メチルピロリドン、酢酸エチル、乳酸エチル、スルホラン類などが挙げられる。 Examples of the organic solvent include carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate; lactones such as butyrolactone and propyrolactone; ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, and dipropylene glycol. Glycols such as triethylene glycol and tripropylene glycol; derivatives of glycols include ethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether And ethylene glycol monoethyl Ether, propylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, tripropylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monopropyl ether, diethylene glycol monopropyl ether , Dipropylene glycol monopropyl ether, triethylene glycol monopropyl ether, tripropylene glycol monopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, dipropylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol monobutyl ether Glycol ethers such as ether, tripropylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, propylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, dipropylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, tripropylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, propylene glycol diethyl ether, Diethylene glycol diethyl ether, dipropylene glycol diethyl ether, triethylene glycol diethyl ether, tripropylene glycol diethyl ether, ethylene glycol dipropyl ether, propylene glycol dipropyl ether, diethylene glycol dipropyl ether Dipropylene glycol dipropyl ether, triethylene glycol dipropyl ether, tripropylene glycol dipropyl ether, ethylene glycol dibutyl ether, propylene glycol dibutyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, dipropylene glycol dibutyl ether, triethylene glycol dibutyl ether, triethylene glycol Glycol diethers such as propylene glycol dibutyl ether; Ethers such as tetrahydrofuran, dioxane, dimethoxyethane, polyethylene oxide, ethylene glycol monomethyl acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate; methanol, ethanol, propanol, n -Bu Alcohols such as diol, n-pentanol, n-hexanol and isopropanol; ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; amides such as phenol and dimethylformamide; N-methylpyrrolidone, ethyl acetate, ethyl lactate and sulfolanes Etc.
これらの中でも、グリコールモノエーテル類、アルコール類、炭酸エステル類が好ましい。これら有機溶剤は、1種類単独で又は2種類以上を混合して用いることができる。 Among these, glycol monoethers, alcohols, and carbonates are preferable. These organic solvents can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.
前記有機溶剤の含有量は、前記研磨液100質量部中に、好ましくは0.1質量部〜95質量部、より好ましくは0.2質量部〜50質量部、更に好ましくは0.5質量部〜10質量部である。前記有機溶剤の含有量が0.1質量部以上であると、研磨液の基板に対する濡れ性が低くなることもなく、95質量部以下であると引火の可能性もなく製造プロセス上好ましい。 The content of the organic solvent is preferably 0.1 parts by mass to 95 parts by mass, more preferably 0.2 parts by mass to 50 parts by mass, and still more preferably 0.5 parts by mass in 100 parts by mass of the polishing liquid. -10 parts by mass. When the content of the organic solvent is 0.1 part by mass or more, the wettability of the polishing liquid to the substrate is not lowered, and when it is 95 parts by mass or less, there is no possibility of ignition and it is preferable in terms of the manufacturing process.
<第4級ホスホニウム塩>
本発明の研磨液は、更に第4級ホスホニウム塩を含むことが好ましい。前記研磨液が第4級ホスホニウム塩を含むことにより、low−k膜の研磨速度の制御が効果的に達成できる。前記第4級ホスホニウム塩としては、特に制限はないが、下記一般式(1)で表されるものであることが好ましい。
<Quaternary phosphonium salt>
The polishing liquid of the present invention preferably further contains a quaternary phosphonium salt. When the polishing liquid contains a quaternary phosphonium salt, the polishing rate of the low-k film can be effectively controlled. Although there is no restriction | limiting in particular as said quaternary phosphonium salt, It is preferable that it is what is represented by following General formula (1).
(上式(1)中、Rは、置換又は非置換のアルキル基を表し、X−は陰イオンを表す。) (In the above formula (1), R represents a substituted or unsubstituted alkyl group, and X − represents an anion.)
上式(1)中、Rの置換又は非置換のアルキル基は、直鎖状アルキル基、分岐状アルキル基あるいはベンゼン環を有するアルキル基から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。 In the above formula (1), the substituted or unsubstituted alkyl group represented by R is preferably at least one selected from a linear alkyl group, a branched alkyl group, or an alkyl group having a benzene ring.
また、上式(1)中のRのアルキル基は、上述のように直鎖状であっても分岐状であってもよい。アルキル基の鎖長は、好ましくは炭素原子数1個以上14個以下、より好ましくは炭素原子数4個以上7個以下である。前記アルキル基鎖長が炭素原子数14個以下であると、研磨液の保管安定性が著しく低下することもない。 Further, the alkyl group of R in the above formula (1) may be linear or branched as described above. The chain length of the alkyl group is preferably 1 to 14 carbon atoms, more preferably 4 to 7 carbon atoms. When the alkyl group chain length is 14 or less, the storage stability of the polishing liquid is not significantly reduced.
また、上式(1)中のRのアルキル基は、上述のようにベンゼン環を有するアルキル基であってもよく、好ましくはベンジル基あるいはフェニル基の誘導体、より好ましくはベンジル基あるいはフェニル基である。 The alkyl group of R in the above formula (1) may be an alkyl group having a benzene ring as described above, preferably a benzyl group or a phenyl group derivative, more preferably a benzyl group or a phenyl group. is there.
また、上式(1)中のX−の陰イオンは、特に限定はないが、ハロゲンイオン(例えば、F−、Cl−、Br−、I−)、水酸化物イオン、硝酸イオン、亜硝酸イオン、次亜塩素酸イオン、亜塩素酸イオン、塩素酸イオン、過塩素酸イオン、酢酸イオン、炭酸水素イオン、リン酸イオン、硫酸イオン、硫酸水素イオン、亜硫酸イオン、チオ硫酸イオン、炭酸イオン等を挙げることができる。 Moreover, the anion of X − in the above formula (1) is not particularly limited, but is a halogen ion (for example, F − , Cl − , Br − , I − ), hydroxide ion, nitrate ion, nitrous acid. Ion, hypochlorite ion, chlorite ion, chlorate ion, perchlorate ion, acetate ion, hydrogen carbonate ion, phosphate ion, sulfate ion, hydrogen sulfate ion, sulfite ion, thiosulfate ion, carbonate ion, etc. Can be mentioned.
前記第4級ホスホニウム塩としては、メチルトリフェニルホスホニウム塩、エチルトリフェニルホスホニウム塩、トリフェニルプロピルホスホニウム塩、イソプロピルトリフェニルホスホニウム塩、ブチルトリフェニルホスホニウム塩、アミルトリフェニルホスホニウム塩、ヘキシルトリフェニルホスホニウム塩、n−ヘプチルトリフェニルホスホニウム塩、トリフェニル(テトラデシル)ホスホニウム塩、テトラフェニルホスホニウム塩、ベンジルトリフェニルホスホニウム塩、(2−ヒドロキシベンジル)トリフェニルホスホニウム塩、(2−クロロベンジル)トリフェニルホスホニウム塩、(4−クロロベンジル)トリフェニルホスホニウム塩、(2,4−ジクロロベンジル)フェニルホスホニウム塩、(4−ニトロベンジル)トリフェニルホスホニウム塩、4−エトキシベンジルトリフェニルホスホニウム塩、(1−ナフチルメチル)トリフェニルホスホニウム塩、(シアノメチル)トリフェニルホスホニウム塩、(メトキシメチル)トリフェニルホスホニウム塩、(ホルミルメチル)トリフェニルホスホニウム塩、アセトニルトリフェニルホスホニウム塩、フェナシルトリフェニルホスホニウム塩、メトキシカルボニルメチル(トリフェニル)ホスホニウム塩、エトキシカルボニルメチル(トリフェニル)ホスホニウム塩、(3−カルボキシプロピル)トリフェニルホスホニウム塩、(4−カルボキシブチル)トリフェニルホスホニウム塩、(N−メチル−N−フェニルアミノ)トリフェニルホスホニウム塩、2−ジメチルアミノエチルトリフェニルホスホニウム塩、トリフェニルビニルホスホニウム塩、アリルトリフェニルホスホニウム塩、トリフェニルプロパルギルホスホニウム塩等が挙げられ、これらは1種類単独で又は2種類以上混合して用いることができる。 Examples of the quaternary phosphonium salt include methyltriphenylphosphonium salt, ethyltriphenylphosphonium salt, triphenylpropylphosphonium salt, isopropyltriphenylphosphonium salt, butyltriphenylphosphonium salt, amyltriphenylphosphonium salt, hexyltriphenylphosphonium salt. N-heptyltriphenylphosphonium salt, triphenyl (tetradecyl) phosphonium salt, tetraphenylphosphonium salt, benzyltriphenylphosphonium salt, (2-hydroxybenzyl) triphenylphosphonium salt, (2-chlorobenzyl) triphenylphosphonium salt, (4-chlorobenzyl) triphenylphosphonium salt, (2,4-dichlorobenzyl) phenylphosphonium salt, (4-nitrobenzyl) trif Nylphosphonium salt, 4-ethoxybenzyltriphenylphosphonium salt, (1-naphthylmethyl) triphenylphosphonium salt, (cyanomethyl) triphenylphosphonium salt, (methoxymethyl) triphenylphosphonium salt, (formylmethyl) triphenylphosphonium salt, Acetonyltriphenylphosphonium salt, phenacyltriphenylphosphonium salt, methoxycarbonylmethyl (triphenyl) phosphonium salt, ethoxycarbonylmethyl (triphenyl) phosphonium salt, (3-carboxypropyl) triphenylphosphonium salt, (4-carboxybutyl ) Triphenylphosphonium salt, (N-methyl-N-phenylamino) triphenylphosphonium salt, 2-dimethylaminoethyltriphenylphosphonium salt, tri E sulfonyl vinyl phosphonium salt, allyl triphenylphosphonium salt, triphenyl propargyl phosphonium salts and the like, which can be used by mixing one kind alone, or two or more kinds.
これらの中では、ブチルトリフェニルホスホニウム塩、アミルトリフェニルホスホニウム塩、ヘキシルトリフェニルホスホニウム塩、n−ブチルトリフェニルホスホニウム塩、テトラフェニルホスホニウム塩、ベンジルトリフェニルホスホニウム塩が好ましい。 Among these, butyltriphenylphosphonium salt, amyltriphenylphosphonium salt, hexyltriphenylphosphonium salt, n-butyltriphenylphosphonium salt, tetraphenylphosphonium salt, and benzyltriphenylphosphonium salt are preferable.
第4級ホスホニウム塩の含有量は、前記研磨液100質量部中に、好ましくは0.0001質量部〜1質量部、より好ましくは0.001質量部〜0.5質量部、更に好ましくは0.005質量部〜0.2質量部である。前記砥粒の含有量が0.0001質量部以上であるとlow−k膜の研磨速度抑制効果の低下が抑えられ、また、1質量部以下であると研磨液の保管安定性を維持することができる。 The content of the quaternary phosphonium salt is preferably 0.0001 parts by mass to 1 part by mass, more preferably 0.001 parts by mass to 0.5 parts by mass, and still more preferably 0 in 100 parts by mass of the polishing liquid. 0.005 part by mass to 0.2 part by mass. When the content of the abrasive grains is 0.0001 part by mass or more, a decrease in the polishing rate suppression effect of the low-k film is suppressed, and when it is 1 part by mass or less, the storage stability of the polishing liquid is maintained. Can do.
<水>
本発明で用いられる水は、特に制限されるものではないが、純水を好ましく用いることができる。水は残部として配合されていればよく、含有率は特に制限はない。
<Water>
The water used in the present invention is not particularly limited, but pure water can be preferably used. Water should just be mix | blended as a remainder, and there is no restriction | limiting in particular in content rate.
本発明の研磨液は、半導体デバイスにおける配線層の形成に適用できる。研磨対象である被研磨膜は、例えば、導電性物質層と、バリア層と、層間絶縁膜が含まれていればよい。 The polishing liquid of the present invention can be applied to the formation of a wiring layer in a semiconductor device. The film to be polished, which is an object to be polished, may include, for example, a conductive material layer, a barrier layer, and an interlayer insulating film.
一般に、同一条件下のCMPにおいては、導電性物質層/バリア層/層間絶縁膜の研磨速度比が0.1〜2/1/0.1〜5の範囲であることが好ましく、前記研磨液を用いれば、前記研磨速度比を前記範囲内とすることができる。 In general, in CMP under the same conditions, the polishing rate ratio of conductive material layer / barrier layer / interlayer insulating film is preferably in the range of 0.1-2 / 1 / 0.1-5, If is used, the polishing rate ratio can be within the above range.
前記研磨速度比の確認方法としては、対象となる被研磨面を下記研磨条件にて60秒間化学機械研磨を行い、下記洗浄条件で基板を洗浄した後、研磨前後での膜厚差を、通常使用される膜厚測定装置(例えば、大日本スクリーン製造株式会社社製、製品名:ラムダエース、VL−M8000LS)を用いて測定することにより算出する方法が用いられる。
(研磨条件)
研磨装置:片面金属膜用研磨機(アプライドマテリアルズ社製、MIRRA)
研磨布:発泡ポリウレタン樹脂製研磨布
定盤回転数:93回/分
ヘッド回転数:87回/分
研磨圧力:14kPa
研磨液の供給量:200ml/分
As a method for confirming the polishing rate ratio, the target surface to be polished is subjected to chemical mechanical polishing for 60 seconds under the following polishing conditions, the substrate is cleaned under the following cleaning conditions, and then the difference in film thickness before and after polishing is usually determined. The method of calculating by using the film thickness measuring apparatus used (for example, Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. product name: Lambda Ace, VL-M8000LS) is used.
(Polishing conditions)
Polishing device: Single-sided metal film polishing machine (MIRRA, Applied Materials)
Polishing cloth: foamed polyurethane resin polishing cloth surface plate rotation speed: 93 times / minute Head rotation speed: 87 times / minute Polishing pressure: 14 kPa
Supply amount of polishing liquid: 200 ml / min
(基板の洗浄条件)
研磨した基板の被研磨面にスポンジブラシ(ポリビニルアルコール系樹脂製)を押し付け、蒸留水を基板に供給しながら基板とスポンジブラシを回転させ、60秒間洗浄する。次にスポンジブラシを取り除き、基板の被研磨面に蒸留水を60秒間供給する。最後に基板を高速で回転させて蒸留水を弾き飛ばして基板を乾燥する。
(Substrate cleaning conditions)
A sponge brush (made of polyvinyl alcohol resin) is pressed against the polished surface of the polished substrate, and the substrate and the sponge brush are rotated while supplying distilled water to the substrate, and washed for 60 seconds. Next, the sponge brush is removed, and distilled water is supplied to the polished surface of the substrate for 60 seconds. Finally, the substrate is rotated at high speed to blow off distilled water and dry the substrate.
[研磨方法]
本発明の研磨方法は、表面に凹部及び凸部が形成された層間絶縁膜と、前記凹部及び凸部に沿って前記層間絶縁膜の表面を被覆するバリア層と、少なくとも前記凹部内を充填し、且つ前記バリア層を被覆する導電性物質層と、を有する基板の前記導電性物質層を研磨して前記凸部上のバリア層を露出させる第1の研磨工程と、露出した前記バリア層を、請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載のCMP用研磨液を用いて研磨して、前記層間絶縁膜の凸部を露出させる第2の研磨工程と、を有する。
[Polishing method]
The polishing method of the present invention fills at least the inside of the recess with an interlayer insulating film having a recess and a protrusion formed on the surface, a barrier layer covering the surface of the interlayer insulating film along the recess and the protrusion. And a first polishing step of polishing the conductive material layer of the substrate having the conductive material layer covering the barrier layer to expose the barrier layer on the convex portion, and the exposed barrier layer. And polishing using the CMP polishing liquid according to any one of claims 1 to 6 to expose a convex portion of the interlayer insulating film.
前記研磨方法を用いて基板を研磨するに際しは、基板の少なくとも一方の表面に形成されたバリア層を含む被研磨膜と研磨定盤上の研磨布との間に、前述した研磨液を供給しながら、前記被研磨膜が設けられた面側の前記基板表面を研磨布に押圧した状態で、該基板と研磨定盤とを相対的に動かすことによって被研磨膜の少なくとも一部を除去する。 When polishing the substrate using the polishing method, the polishing liquid described above is supplied between the film to be polished including the barrier layer formed on at least one surface of the substrate and the polishing cloth on the polishing surface plate. However, at least a part of the film to be polished is removed by relatively moving the substrate and the polishing surface plate in a state where the surface of the substrate on the surface provided with the film to be polished is pressed against a polishing cloth.
以下、本発明の研磨方法を用いる、半導体デバイスにおける配線層形成の一連の工程を図面を参照しながら説明する。研磨前の基板は、図1(a)に示すように、所定パターンの凹部を有する層間絶縁膜1上に、この層間絶縁膜1の表面の凸凹に沿って層間絶縁膜1を被覆するバリア層2を有し、バリア層2上には、前記凹部内部を充填するように導電性物質層3が形成されている。 Hereinafter, a series of steps for forming a wiring layer in a semiconductor device using the polishing method of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1A, the substrate before polishing is a barrier layer that covers the interlayer insulating film 1 along the irregularities on the surface of the interlayer insulating film 1 on the interlayer insulating film 1 having concave portions of a predetermined pattern. The conductive material layer 3 is formed on the barrier layer 2 so as to fill the inside of the recess.
前記層間絶縁膜1としては、シリコン系被膜や有機ポリマ膜が挙げられる。前記シリコン系被膜としては、シリコン酸化膜、フルオロシリケートグラス、トリメチルシラン、ジメトキシジメチルシランやテトラエトキシシランを出発原料として得られるオルガノシリケートグラス、ポーラスオルガノシリケートグラス、シリコンオキシナイトライド、水素化シルセスキオキサン等のシリカ系被膜やシリコンカーバイド及びシリコンナイトライドが挙げられる。これらの中でも、オルガノシリケートグラス、ポーラスオルガノシリケートグラス等が好ましい。また、前記有機ポリマ膜としては、全芳香族系低誘電率層間絶縁膜1(low−k膜)が挙げられる。前記有機ポリマ膜の誘電率は、配線遅延を解消する観点から、2.9以下であることが好ましい。 Examples of the interlayer insulating film 1 include a silicon-based film and an organic polymer film. Examples of the silicon-based coating include silicon oxide film, fluorosilicate glass, trimethylsilane, dimethoxydimethylsilane and tetraethoxysilane, which are used as starting materials, organosilicate glass, porous organosilicate glass, silicon oxynitride, hydrogenated silsesquioxane. Examples thereof include silica-based films such as sun, silicon carbide, and silicon nitride. Among these, organosilicate glass and porous organosilicate glass are preferable. The organic polymer film may be a wholly aromatic low dielectric constant interlayer insulating film 1 (low-k film). The dielectric constant of the organic polymer film is preferably 2.9 or less from the viewpoint of eliminating wiring delay.
前記層間絶縁膜1は、CVD(化学気相成長)法、スピンコート法、ディップコート法、又はスプレー法によって成膜される。 The interlayer insulating film 1 is formed by a CVD (chemical vapor deposition) method, a spin coating method, a dip coating method, or a spray method.
前記層間絶縁膜1として、具体的に例示するならば、LSI製造工程、特に多層配線形成工程における層間絶縁膜等が挙げられる。 Specific examples of the interlayer insulating film 1 include an interlayer insulating film in an LSI manufacturing process, particularly a multilayer wiring forming process.
前記バリア層2は、層間絶縁膜1中への導電性物質が拡散するのを防止するため、及び層間絶縁膜1と導電性物質層3との密着性向上のために形成される。 The barrier layer 2 is formed to prevent the conductive material from diffusing into the interlayer insulating film 1 and to improve the adhesion between the interlayer insulating film 1 and the conductive material layer 3.
前記バリア層2の組成は、タングステン、窒化タングステン、タングステン合金等のタングステン化合物、チタン、窒化チタン、チタン合金等のチタン化合物、タンタル、窒化タンタル、タンタル合金等のタンタル化合物、ルテニウム、ルテニウム化合物から選ばれることが好ましい。前記バリア層2は、これらの1種からなる単層構造であっても、2種以上からなる積層構造であってもよい。 The composition of the barrier layer 2 is selected from tungsten compounds such as tungsten, tungsten nitride and tungsten alloys, titanium compounds such as titanium, titanium nitride and titanium alloys, tantalum compounds such as tantalum, tantalum nitride and tantalum alloys, ruthenium and ruthenium compounds. It is preferable that The barrier layer 2 may have a single layer structure composed of one kind of these or a laminated structure composed of two or more kinds.
前記導電性物質層3としては、銅、銅合金、銅の酸化物又は銅合金の酸化物、タングステン、タングステン合金、銀、金等の金属が主成分の物質からなる層が挙げられる。この中でも、銅、銅合金、銅の酸化物、銅合金の酸化物等の銅が主成分であるものが好ましい。前記導電性物質層3としては、公知のスパッタ法、メッキ法により前記物質を成膜した膜を使用することが可能である。 Examples of the conductive material layer 3 include a layer made of a material whose main component is a metal such as copper, copper alloy, copper oxide or copper alloy oxide, tungsten, tungsten alloy, silver, or gold. Among these, what has copper as a main component, such as copper, a copper alloy, an oxide of copper, and an oxide of a copper alloy, is preferable. As the conductive material layer 3, it is possible to use a film in which the material is formed by a known sputtering method or plating method.
以下、本発明の研磨方法の実施態様を、半導体デバイスにおける配線層形成の一連の工程に沿って説明する。まず、シリコンの基板上にオルガノシリケートグラス等のlow−k膜を層間絶縁膜1として成膜する。次いで、レジスト層形成、エッチング等の公知の手段によって、層間絶縁膜1表面に所定パターンの凹部(基板露出部)を形成して、凸部と凹部とを有する層間絶縁膜1とする。この層間絶縁膜1上に、表面の凸凹に沿って層間絶縁膜1を被覆するタンタル等のバリア層2を蒸着又はCVD等により成膜する。更に、図1(a)に示すように、前記凹部を充填するようにバリア層2を被覆する銅等の導電性物質層3を蒸着、めっき又はCVD等により形成する。 Hereinafter, embodiments of the polishing method of the present invention will be described along a series of steps for forming a wiring layer in a semiconductor device. First, a low-k film such as an organosilicate glass is formed as an interlayer insulating film 1 on a silicon substrate. Next, a concave portion (substrate exposed portion) having a predetermined pattern is formed on the surface of the interlayer insulating film 1 by a known means such as resist layer formation or etching, so that the interlayer insulating film 1 having the convex portion and the concave portion is obtained. On this interlayer insulating film 1, a barrier layer 2 made of tantalum or the like covering the interlayer insulating film 1 is formed by vapor deposition or CVD along the surface irregularities. Further, as shown in FIG. 1A, a conductive material layer 3 such as copper covering the barrier layer 2 is formed by vapor deposition, plating, CVD or the like so as to fill the concave portion.
基板上に形成された層間絶縁膜1の厚さは0.01μm〜2.0μm程度、バリア層2の厚さは0.01μm〜2.5μm程度、導電性物質層3の厚さは0.01μm〜2.5μm程度が好ましい。 The interlayer insulating film 1 formed on the substrate has a thickness of about 0.01 μm to 2.0 μm, the barrier layer 2 has a thickness of about 0.01 μm to 2.5 μm, and the conductive material layer 3 has a thickness of about 0.1 μm. About 01 μm to 2.5 μm is preferable.
次に、この基板の表面の導電性物質層3を、例えば、前記導電性物質層3/バリア層2の研磨速度比が十分大きい前記導電性物質用の研磨液を用いて、CMPにより研磨する(第1の研磨工程)。これにより、層間絶縁膜1上の凸部のバリア層2が表面に露出し、凹部に前記導電性物質層3が残された所望の導体パターンが得られる(図1(b))。 Next, the conductive material layer 3 on the surface of the substrate is polished by CMP using, for example, a polishing liquid for the conductive material having a sufficiently high polishing rate ratio of the conductive material layer 3 / barrier layer 2. (First polishing step). As a result, the convex barrier layer 2 on the interlayer insulating film 1 is exposed on the surface, and a desired conductor pattern is obtained in which the conductive material layer 3 is left in the concave portion (FIG. 1B).
前記導電性物質層3/バリア層2の研磨速度比が十分大きい前記導電性物質用の研磨液としては、例えば、特許第3337464号明細書に記載の研磨液を用いることができる。この研磨が進行する際に、導電性物質層3と同時に凸部のバリア層2の一部が研磨されてもよい。 As the polishing liquid for the conductive material having a sufficiently high polishing rate ratio of the conductive material layer 3 / barrier layer 2, for example, the polishing liquid described in Japanese Patent No. 3337464 can be used. When this polishing proceeds, a part of the convex barrier layer 2 may be polished simultaneously with the conductive material layer 3.
第1の研磨工程により得られた導体パターン面を、引き続く第2の研磨工程用の被研磨面として、本発明の研磨液を用いて研磨する。第2の研磨工程では、前記基板を研磨布の上に押圧した状態で前記研磨布と基板の間に本発明の研磨液を供給しながら研磨定盤と前記基板とを相対的に動かすことにより、少なくとも前記第1の研磨工程により露出したバリア層2を研磨する。 The conductor pattern surface obtained by the first polishing step is polished using the polishing liquid of the present invention as the surface to be polished for the subsequent second polishing step. In the second polishing step, the polishing platen and the substrate are moved relatively while supplying the polishing liquid of the present invention between the polishing cloth and the substrate while the substrate is pressed onto the polishing cloth. Then, at least the barrier layer 2 exposed by the first polishing step is polished.
かかる研磨工程において、使用する研磨装置としては、例えば、研磨布により研磨する場合、研磨される基板を保持できるホルダと、回転数が変更可能なモータ等と接続し、研磨布を貼り付けた研磨定盤とを有する一般的な研磨装置が使用できる。前記研磨布としては、特に制限はなく、通常使用されるものがいずれも使用可能である。例えば、不織布、発泡ポリウレタン、多孔質フッ素樹脂等が挙げられる。 In such a polishing process, as a polishing apparatus to be used, for example, when polishing with a polishing cloth, a polishing cloth is attached to a holder that can hold a substrate to be polished, a motor that can change the number of rotations, and the like. A general polishing apparatus having a surface plate can be used. There is no restriction | limiting in particular as said abrasive cloth, All can be used normally. For example, a nonwoven fabric, a polyurethane foam, a porous fluororesin, etc. are mentioned.
前記研磨装置を用いて研磨を行うに際し、研磨条件としては特に制限はない。定盤の回転速度としては、例えば、基板が飛び出さないように200rpm以下の低回転が好ましい。前記被研磨面を有する半導体基板の研磨布への押し付け圧力は、1kPa〜100kPaであることが好ましく、研磨速度の被研磨面内均一性及びパターンの平坦性を満足するために、5kPa〜50kPaであることがより好ましい。 When polishing using the polishing apparatus, there is no particular limitation on the polishing conditions. As the rotation speed of the surface plate, for example, a low rotation of 200 rpm or less is preferable so that the substrate does not jump out. The pressure applied to the polishing cloth of the semiconductor substrate having the surface to be polished is preferably 1 kPa to 100 kPa, and 5 kPa to 50 kPa in order to satisfy the in-surface uniformity of the polishing rate and the flatness of the pattern. More preferably.
研磨処理中、前記研磨布と被研磨膜との間には、前記研磨液をポンプ等で連続的に供給する。この研磨液の供給量は、特に制限はなく、研磨布の表面が常に研磨液で覆われていればよい。 During the polishing process, the polishing liquid is continuously supplied between the polishing cloth and the film to be polished by a pump or the like. The supply amount of the polishing liquid is not particularly limited as long as the surface of the polishing cloth is always covered with the polishing liquid.
研磨終了後の基板は、流水中でよく洗浄後、スピンドライ等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。このとき、前記研磨布の表面状態を常に同一にして化学機械研磨を行うために、研磨を行う前に、前記研磨布のコンディショニング工程を入れることが好ましい。例えば、ダイヤモンド粒子のついたドレッサを用いて、少なくとも水を含む処理液で、前記研磨布のコンディショニングを行う。また、コンディショニングが施された前記研磨布を用いて、後述の研磨方法により、基板の研磨を行った後、更に基板洗浄工程を加えることが好ましい。 The substrate after polishing is preferably washed in running water and then dried after removing water droplets adhering to the substrate using spin drying or the like. At this time, in order to perform chemical mechanical polishing with the surface state of the polishing cloth always the same, it is preferable to perform a conditioning process of the polishing cloth before polishing. For example, the polishing cloth is conditioned with a treatment liquid containing at least water using a dresser with diamond particles. In addition, it is preferable to add a substrate cleaning step after polishing the substrate by the polishing method described later using the conditioned polishing cloth.
本発明の研磨液は、導電性物質層3、バリア層2及び層間絶縁膜1を研磨でき、第2の研磨工程では、少なくとも、前記露出しているバリア層2を研磨する。図1(c)に示すように、凸部バリア層2の下の層間絶縁膜1が全て露出し、凹部に配線層となる前記導電性物質層3が残され、凸部と凹部との境界にバリア層2の断面が露出した所望のパターンが得られた時点で研磨を終了する。 The polishing liquid of the present invention can polish the conductive material layer 3, the barrier layer 2, and the interlayer insulating film 1, and in the second polishing step, at least the exposed barrier layer 2 is polished. As shown in FIG. 1C, the interlayer insulating film 1 under the convex barrier layer 2 is entirely exposed, leaving the conductive material layer 3 serving as a wiring layer in the concave portion, and the boundary between the convex portion and the concave portion. When the desired pattern in which the cross section of the barrier layer 2 is exposed is obtained, the polishing is finished.
研磨終了時のより優れた平坦性を確保するために、更にオーバー研磨(例えば、第2の研磨工程で所望のパターンを得られるまでの時間が100秒の場合、この100秒の研磨に加えて50秒追加して研磨することをオーバー研磨50%という。)してもよい。オーバー研磨する場合には、層間絶縁膜1の一部も研磨される。 In order to ensure better flatness at the end of polishing, overpolishing (for example, when the time until a desired pattern is obtained in the second polishing step is 100 seconds, in addition to this polishing for 100 seconds) Polishing for an additional 50 seconds may be referred to as overpolishing 50%). In the case of overpolishing, a part of the interlayer insulating film 1 is also polished.
このようにして形成された金属配線の上に、層間絶縁膜1を形成した後、研磨して半導体基板全面に渡って平滑な面とする。この工程を所定数繰り返すことにより、所望の配線層数を有する半導体デバイスを製造することができる。 After the interlayer insulating film 1 is formed on the metal wiring formed in this way, it is polished to obtain a smooth surface over the entire surface of the semiconductor substrate. By repeating this step a predetermined number of times, a semiconductor device having a desired number of wiring layers can be manufactured.
本発明の研磨液は、上記のような半導体基板に形成された金属膜の研磨だけでなく、磁気ヘッド等の基板を研磨するためにも使用することができる。 The polishing liquid of the present invention can be used not only for polishing a metal film formed on a semiconductor substrate as described above but also for polishing a substrate such as a magnetic head.
以下に、実施例により本発明を更に詳しく説明するが、本発明の技術思想を逸脱しない限り、本発明はこれらの実施例に制限するものではない。例えば、研磨液の材料の種類やその配合比率は、本実施例記載の種類や比率以外でも差し支えなく、研磨対象の組成や構造も、本実施例記載以外の組成や構造でも差し支えない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples without departing from the technical idea of the present invention. For example, the type of polishing liquid material and the blending ratio thereof may be other than the type and ratio described in the present embodiment, and the composition and structure of the polishing target may be other than those described in the present embodiment.
(実施例1)
[CMP用研磨液(I)の作製]
CMP用研磨液の組成として、平均粒径60nmのコロイダルシリカ5.0質量部、マロン酸0.5質量部、30%過酸化水素水0.2質量部、5−アミノテトラゾール0.2質量部、ポリメタクリル酸(重量平均分子量8000)0.1質量部及び水94.0質量部を攪拌・混合した後、フィルターA(メーカー公称孔径:0.2μm)を用いて全量濾過し、CMP用研磨液(I)を作製した。
Example 1
[Preparation of polishing liquid (I) for CMP]
The composition of the polishing slurry for CMP is 5.0 parts by weight of colloidal silica having an average particle size of 60 nm, 0.5 parts by weight of malonic acid, 0.2 parts by weight of 30% hydrogen peroxide, and 0.2 parts by weight of 5-aminotetrazole. After stirring and mixing 0.1 parts by weight of polymethacrylic acid (weight average molecular weight 8000) and 94.0 parts by weight of water, the whole amount was filtered using a filter A (manufacturer nominal pore size: 0.2 μm) and polished for CMP. Liquid (I) was produced.
(実施例2〜6)
[CMP用研磨液(II)〜(VI)の作製]
実施例1におけるCMP用研磨液の組成を表1に示すように代え、それ以外は実施例1と同様にしてCMP用研磨液(II)〜(VI)を作製した。尚、表1中、「−」は配合していないことを示す。
(Examples 2 to 6)
[Preparation of polishing liquids (II) to (VI) for CMP]
The CMP polishing liquids (II) to (VI) were prepared in the same manner as in Example 1 except that the composition of the CMP polishing liquid in Example 1 was changed as shown in Table 1. In Table 1, “-” indicates that it is not blended.
(比較例1)
[CMP用研磨液(VII)の作製]
実施例1における濾過の際に用いたフィルターをフィルターD(メーカー公称孔径:0.5μm)に代え、それ以外は実施例1と同様にしてCMP用研磨液(VII)を作製した。
(Comparative Example 1)
[Preparation of CMP polishing liquid (VII)]
A polishing slurry (VII) for CMP was prepared in the same manner as in Example 1 except that the filter used in the filtration in Example 1 was replaced with the filter D (maker nominal pore size: 0.5 μm).
(比較例2〜4)
[CMP用研磨液(VIII)〜(X)の作製]
比較例1(実施例1と同じ)におけるCMP用研磨液の組成を表2に示す各成分に代え、それ以外は比較例1と同様にしてCMP用研磨液(VIII)〜(X)を作製した。尚、表2中、「−」は配合していないことを示す。
(Comparative Examples 2 to 4)
[Preparation of CMP polishing liquids (VIII) to (X)]
The CMP polishing liquids (VIII) to (X) were prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the composition of the CMP polishing liquid in Comparative Example 1 (same as Example 1) was changed to the components shown in Table 2. did. In Table 2, “-” indicates that it is not blended.
[CMP用研磨液(I)〜(X)の評価]
以下の手順に従い、CMP用研磨液(I)〜(X)の粗大粒子数、ブランケット基板の研磨速度及び銅配線付きパターン基板の研磨傷をそれぞれ評価した。
[Evaluation of CMP polishing liquids (I) to (X)]
According to the following procedures, the number of coarse particles of CMP polishing liquids (I) to (X), the blanket substrate polishing rate, and the polishing scratches on the copper wiring pattern substrate were evaluated.
<粗大粒子数の評価>
先ず、100mlポリボトルにCMP用研磨液(I)を小分けして、ミックスローターにセットし、回転数60rpm/minで5分間撹拌した。その後、5mlシリンジにCMP研磨液(I)を5mlとり、エア抜き後にループチューブから取り出した全量を粒度分布測定装置内に投入して粒度分布を測定した。
<Evaluation of the number of coarse particles>
First, the CMP polishing liquid (I) was subdivided into a 100 ml plastic bottle, set in a mix rotor, and stirred for 5 minutes at a rotation speed of 60 rpm / min. Thereafter, 5 ml of the CMP polishing liquid (I) was taken into a 5 ml syringe, and the entire amount taken out from the loop tube after bleeding the air was put into a particle size distribution measuring apparatus to measure the particle size distribution.
得られた測定結果から、2次粒子径を以下のように粒子群(a)〜(f)の6段階に分け、各群ごとに粒子数を読み取った。これを3回繰り返し、その平均値を粗大粒子数とした。同様な方法でCMP用研磨液(II)〜(X)の粗大粒子数を評価した。 From the measurement results obtained, the secondary particle size was divided into 6 stages of particle groups (a) to (f) as follows, and the number of particles was read for each group. This was repeated three times, and the average value was defined as the number of coarse particles. The number of coarse particles of CMP polishing liquids (II) to (X) was evaluated in the same manner.
粒子群(a):0.56μm以上、0.64μm未満
粒子群(b):0.64μm以上、0.79μm未満
粒子群(c):0.79μm以上、0.98μm未満
粒子群(d):0.98μm以上、1.43μm未満
粒子群(e):1.43μm以上、3.99μm未満
粒子群(f):3.99μm以上
Particle group (a): 0.56 μm or more, less than 0.64 μm Particle group (b): 0.64 μm or more, less than 0.79 μm Particle group (c): 0.79 μm or more, less than 0.98 μm Particle group (d) : 0.98 μm or more and less than 1.43 μm Particle group (e): 1.43 μm or more and less than 3.99 μm Particle group (f): 3.99 μm or more
尚、粗大粒子数評価の測定条件は、下記の通りである。
(測定条件)
測定装置 :粒度分布測定装置(Particle Sizing System社製、製品名“Accusizer780”)
data collection time:60sec
number channels :128
diluent flow rate :60ml/min
target concentration:3000part/ml
# of samples :1
time between samples:1min
background threshold:50part/sec
initial 2nd−stage dilution factor:10
vessel flush time :80sec
2nd−stage mixer volume:8ml
sample flow time :10sec
sum mode :min.
diameter :0.56μm
The measurement conditions for evaluating the number of coarse particles are as follows.
(Measurement condition)
Measuring device: Particle size distribution measuring device (manufactured by Particle Sizing System, product name “Accumizer 780”)
data collection time: 60 sec
number channels: 128
Diluent flow rate: 60 ml / min
target concentration: 3000 parts / ml
# Of samples: 1
time between samples: 1 min
bakground threshold: 50 parts / sec
initial 2 nd -stage dilution factor: 10
vessel flush time: 80 sec
2 nd -stage mixer volume: 8ml
sample flow time: 10 sec
sum mode: min.
diameter: 0.56 μm
<研磨速度及び研磨傷の評価>
ブランケット基板の研磨速度及び銅配線付きパターン基板の研磨傷の評価は、以下の基板(a)〜(e)をそれぞれ使用した。
ブランケット基板(a):スパッタ法で窒化タンタル(厚さ:200nm)を形成したシリコン基板。
ブランケット基板(b):めっき法で銅(厚さ:1000nm)を形成したシリコン基板。
ブランケット基板(c):CVD法でオルガノシリケートグラス(厚さ:1000nm)を形成したシリコン基板。
ブランケット基板(d):CVD法で二酸化珪素(厚さ:1000nm)を形成したシリコン基板。
銅配線付きパターン基板(e):層間絶縁膜1として厚さ500nmのオルガノシリケートグラスを成膜し、その上に厚さ35nmの窒化タンタルと1100nmの銅を形成したシリコン基板。また最小銅配線幅0.18μmの銅配線付きパターン基板。
<Evaluation of polishing rate and polishing scratches>
The following substrates (a) to (e) were used for the evaluation of the polishing rate of the blanket substrate and the polishing scratches on the patterned substrate with copper wiring.
Blanket substrate (a): A silicon substrate on which tantalum nitride (thickness: 200 nm) is formed by sputtering.
Blanket substrate (b): A silicon substrate on which copper (thickness: 1000 nm) is formed by a plating method.
Blanket substrate (c): A silicon substrate on which an organosilicate glass (thickness: 1000 nm) is formed by a CVD method.
Blanket substrate (d): A silicon substrate on which silicon dioxide (thickness: 1000 nm) is formed by CVD.
Pattern substrate with copper wiring (e): A silicon substrate in which an organosilicate glass having a thickness of 500 nm is formed as the interlayer insulating film 1 and tantalum nitride having a thickness of 35 nm and copper having a thickness of 1100 nm are formed thereon. Also, a patterned substrate with copper wiring having a minimum copper wiring width of 0.18 μm.
(ブランケット基板の研磨工程)
上記ブランケット基板(a)〜(d)を用い、CMP用研磨液(I)〜(X)により、下記研磨条件で60秒間化学機械研磨を行った。
(Blanket substrate polishing process)
Using the blanket substrates (a) to (d), chemical mechanical polishing was performed for 60 seconds under the following polishing conditions with CMP polishing liquids (I) to (X).
(銅配線付きパターン基板の研磨工程)
上記銅配線付きパターン基板(e)の溝部以外の銅膜を、銅用研磨液を用いて公知のCMP法により研磨して凸部のバリア層を被研磨面に露出させ、次にCMP用研磨液(I)〜(X)により、下記研磨条件で90秒間化学機械研磨を行った。
(Polishing process of patterned substrate with copper wiring)
The copper film other than the groove of the patterned substrate with copper wiring (e) is polished by a known CMP method using a copper polishing liquid to expose the convex barrier layer on the surface to be polished, and then polished for CMP. Chemical mechanical polishing was performed with the liquids (I) to (X) for 90 seconds under the following polishing conditions.
(研磨条件)
研磨装置 :片面金属膜用研磨機(アプライドマテリアルズ社製、製品名“MIRRA”)
研磨布 :発泡ポリウレタン樹脂製研磨布
定盤回転数 :93回/分
ヘッド回転数 :87回/分
研磨圧力 :14kPa
研磨液の供給量:200ml/分
(Polishing conditions)
Polishing equipment: Single-sided metal film polishing machine (Applied Materials, product name “MIRRA”)
Abrasive cloth: Foamed polyurethane resin abrasive cloth surface plate rotational speed: 93 times / minute Head rotational speed: 87 times / minute Polishing pressure: 14 kPa
Supply amount of polishing liquid: 200 ml / min
(基板の洗浄工程)
上記研磨条件で研磨した基板の被研磨面にスポンジブラシ(ポリビニルアルコール系樹脂製)を押し付け、蒸留水を基板に供給しながら基板とスポンジブラシを回転させ、60秒間洗浄した。次に、スポンジブラシを取り除き、基板の被研磨面に蒸留水を60秒間供給した。最後に基板を高速で回転させて蒸留水を弾き飛ばして基板を乾燥した。
(Substrate cleaning process)
A sponge brush (made of polyvinyl alcohol resin) was pressed against the surface to be polished of the substrate polished under the above polishing conditions, and the substrate and the sponge brush were rotated while supplying distilled water to the substrate, and washed for 60 seconds. Next, the sponge brush was removed, and distilled water was supplied to the polished surface of the substrate for 60 seconds. Finally, the substrate was rotated at high speed to blow off distilled water and dried.
(ブランケット基板の研磨速度)
洗浄されたブランケット基板(a)及び(b)について、金属膜厚測定装置(日立国際電気株式会社製、製品名“VR−120/08S”)を用いて研磨前後での膜厚差を測定し、得られた結果から研磨速度を求めた。また、洗浄されたブランケット基板(c)及び(d)について、膜厚測定装置(大日本スクリーン製造株式会社製、製品名“ラムダエース、VL−M8000LS”)を用いて研磨前後での膜厚差を測定し、得られた結果から研磨速度を求めた。この結果を表1及び表2に示す。
(Blanket substrate polishing rate)
For the cleaned blanket substrates (a) and (b), the difference in film thickness before and after polishing was measured using a metal film thickness measuring device (product name “VR-120 / 08S” manufactured by Hitachi Kokusai Electric Co., Ltd.). The polishing rate was determined from the obtained results. Moreover, about the cleaned blanket board | substrate (c) and (d), the film thickness difference before and behind grinding | polishing using the film thickness measuring apparatus (Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. product name "Lambda ace, VL-M8000LS"). Was measured, and the polishing rate was determined from the results obtained. The results are shown in Tables 1 and 2.
(銅配線付きパターン基板の研磨傷)
上記研磨条件で処理及び洗浄した銅配線付きパターン基板(e)の研磨傷を、次の手順で評価した。先ず、銅配線付きパターン基板(e)について、欠陥検査装置(アプライドマテリアルズ社製、製品名“ComPlus 3T”)を用いて欠陥検査した。検査したL/Sパターンは、L/S=0.18μm/0.18μmの繰り返しパターン部とL/S=0.25μm/0.25μmの繰り返しパターン部の2箇所である。検査したL/Sパターンの面積は、1.25mm×1.80mmである。また、検査したチップ数は、1枚のウエハあたり、57チップである。
(Polishing scratches on a patterned substrate with copper wiring)
Polishing scratches on the patterned substrate with copper wiring (e) treated and cleaned under the above polishing conditions were evaluated by the following procedure. First, the pattern board (e) with copper wiring was subjected to defect inspection using a defect inspection apparatus (product name “ComPlus 3T” manufactured by Applied Materials). The inspected L / S patterns are in two places, a repeated pattern portion of L / S = 0.18 μm / 0.18 μm and a repeated pattern portion of L / S = 0.25 μm / 0.25 μm. The area of the inspected L / S pattern is 1.25 mm × 1.80 mm. The number of chips inspected is 57 chips per wafer.
次に、各欠陥について、欠陥観察装置として走査型電子顕微鏡(アプライドマテリアルズ社製、製品名“SEM Vision G3”)を用いて観察し、研磨傷とそれ以外の欠陥を識別し、研磨傷の発生数を求めた。 Next, each defect is observed using a scanning electron microscope (product name “SEM Vision G3”, manufactured by Applied Materials) as a defect observing device, and the polishing scratches and other defects are identified. The number of occurrences was determined.
表1に示されるように、所定の粒度分布を有する粗大粒子を研磨液中に含む実施例1〜6のCMP用研磨液では、パターンウエハの研磨傷が1個/ウエハ以下であり、研磨傷の発生数が極端に少ないことが明らかである。 As shown in Table 1, in the polishing slurry for CMP of Examples 1 to 6 including coarse particles having a predetermined particle size distribution in the polishing solution, the number of polishing scratches on the pattern wafer is 1 / wafer or less, and the polishing scratches It is clear that the number of occurrences is extremely small.
これに対し、表2に示されるように、CMP用研磨液1mlに含まれる粒子群(a)〜(f)の粒子数が本発明において規定する範囲以上である比較例4のCMP用研磨液では、パターンウエハの研磨傷が65個/ウエハであり、実施例1〜6のCMP用研磨液と比較して、研磨傷の発生数が極端に多いことが明らかである。 On the other hand, as shown in Table 2, the polishing slurry for CMP of Comparative Example 4 in which the number of particles in the particle groups (a) to (f) contained in 1 ml of the polishing slurry for CMP is not less than the range specified in the present invention. Then, it is clear that the number of polishing scratches on the pattern wafer is 65 / wafer, and the number of polishing scratches generated is extremely large as compared with the CMP polishing liquids of Examples 1 to 6.
このように本発明のCMP用研磨液では、粗大粒子の粒子数を2次粒子径に応じて適切に制御することにより、優れた研磨速度が得られるとともに、研磨傷の発生数が劇的に低減でき、膜の欠損や構造変化の無い、設計通りの半導体デバイスを作製可能なCMP用研磨液を提供することができることが明らかである。即ち、本発明のCMP用研磨液では、微細金属配線の形成が必要不可欠である高性能半導体デバイス製造において、短絡、断線、歩留まり、信頼性の低下等の不具合を抑制できることが明らかである。 As described above, in the polishing slurry for CMP according to the present invention, by appropriately controlling the number of coarse particles according to the secondary particle diameter, an excellent polishing rate can be obtained and the number of occurrence of polishing flaws can be dramatically increased. Clearly, it is possible to provide a polishing slurry for CMP that can be reduced and can produce semiconductor devices as designed without film defects or structural changes. That is, it is apparent that the CMP polishing liquid of the present invention can suppress problems such as short circuit, disconnection, yield, and reduced reliability in the manufacture of high-performance semiconductor devices in which formation of fine metal wiring is indispensable.
1 層間絶縁膜
2 バリア層
3 導電性物質層
1 Interlayer insulation film 2 Barrier layer 3 Conductive material layer
Claims (16)
条件(a):粒子径が0.56μm以上、0.64μm未満の粒子数が1000個/ml未満である
条件(b):粒子径が0.64μm以上、0.79μm未満の粒子数が600個/ml未満である It contains abrasive grains, a metal oxide solubilizer, an oxidizer, and water, has a pH of 4 or less, and a particle size distribution measured using a light scattering method and a light shielding method has the following conditions (a) and ( Polishing liquid for CMP satisfying b).
Condition (a): The number of particles having a particle diameter of 0.56 μm or more and less than 0.64 μm is less than 1000 / ml Condition (b): The number of particles having a particle diameter of 0.64 μm or more and less than 0.79 μm is 600 Less than pieces / ml
条件(c):粒子径が0.79μm以上、0.98μm未満の粒子数が500個/ml未満である The polishing slurry for CMP according to claim 1, wherein the particle size distribution further satisfies the following condition (c).
Condition (c): The number of particles having a particle diameter of 0.79 μm or more and less than 0.98 μm is less than 500 / ml.
条件(d):粒子径が0.98μm以上、1.43μm未満の粒子数が300個/ml未満である The polishing slurry for CMP according to claim 2, wherein the particle size distribution further satisfies the following condition (d).
Condition (d): The number of particles having a particle diameter of 0.98 μm or more and less than 1.43 μm is less than 300 / ml.
条件(e):粒子径が1.43μm以上、3.99μm未満の粒子数が150個/ml未満である The polishing slurry for CMP according to claim 3, wherein the particle size distribution further satisfies the following condition (e).
Condition (e): The number of particles having a particle size of 1.43 μm or more and less than 3.99 μm is less than 150 / ml.
条件(f):粒子径が3.99μm以上の粒子数が50個/ml未満である The polishing slurry for CMP according to claim 4, wherein the particle size distribution further satisfies the following condition (f).
Condition (f): The number of particles having a particle size of 3.99 μm or more is less than 50 / ml.
露出した前記バリア層を研磨して、前記層間絶縁膜の凸部を露出させる第2の研磨工程と、
を有する2段階研磨方法の前記第2の研磨工程において用いられる請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載のCMP用研磨液。 An interlayer insulating film having concave and convex portions formed on the surface; a barrier layer covering the surface of the interlayer insulating film along the concave and convex portions; and at least filling the concave portion and covering the barrier layer A first polishing step of polishing the conductive material layer of the substrate having a conductive material layer to expose the barrier layer on the convex portion;
Polishing the exposed barrier layer to expose the convex portions of the interlayer insulating film;
The polishing liquid for CMP according to any one of claims 1 to 10, which is used in the second polishing step of the two-stage polishing method having the following.
露出した前記バリア層を、請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載のCMP用研磨液を用いて研磨して、前記層間絶縁膜の凸部を露出させる第2の研磨工程と、
を有する研磨方法。 An interlayer insulating film having concave and convex portions formed on the surface; a barrier layer covering the surface of the interlayer insulating film along the concave and convex portions; and at least filling the concave portion and covering the barrier layer A first polishing step of polishing the conductive material layer of the substrate having a conductive material layer to expose the barrier layer on the convex portion;
A second polishing step of polishing the exposed barrier layer using the CMP polishing liquid according to any one of claims 1 to 10 to expose a convex portion of the interlayer insulating film;
A polishing method comprising:
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