JP2021019112A - Composition for chemical mechanical polishing and manufacturing method and polishing method thereof - Google Patents

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康平 西村
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Abstract

To provide a composition for chemical mechanical polishing and polishing method using the same, capable of polishing a semiconductor substrate, particularly a semiconductor substrate with a portion containing ruthenium, at a high speed and capable of suppressing polishing damage of a surface to be polished.SOLUTION: The composition for chemical mechanical polishing contains (A) a titania particle containing aluminum and (B) a basic compound and pH is 7 or more to 13 or less.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、化学機械研磨用組成物及びその製造方法、並びに該化学機械研磨用組成物を用いる研磨方法に関する。 The present invention relates to a composition for chemical mechanical polishing, a method for producing the same, and a polishing method using the composition for chemical mechanical polishing.

一般的に、化学機械研磨(以下、「CMP」ともいう。)法は、半導体製造工程、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(ダマシン配線)形成において活用されている。このような半導体製造工程では、現在、10nm以下の回路線幅を有する微細配線を実現するために、低抵抗で銅との相性が良いルテニウム膜を銅膜の下地として使用し、銅膜の埋め込み性を改善する技術が検討されている。 In general, the chemical mechanical polishing (hereinafter, also referred to as "CMP") method is used in the semiconductor manufacturing process, particularly in the flattening of the interlayer insulating film, the formation of the metal plug, and the formation of the embedded wiring (damer wiring) in the multilayer wiring forming process. It is being utilized. In such a semiconductor manufacturing process, in order to realize fine wiring having a circuit line width of 10 nm or less, a ruthenium film having low resistance and good compatibility with copper is currently used as a base of the copper film, and the copper film is embedded. Techniques for improving sex are being studied.

ルテニウム膜を使用するため、CMPにより平坦化するためのルテニウム膜研磨用組成物(スラリー)が検討されている(例えば、特許文献1〜2参照)。 Since a ruthenium film is used, a ruthenium film polishing composition (slurry) for flattening by CMP has been studied (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

特表2009−514219号公報Special Table 2009-514219 特表2010−535424号公報Special Table 2010-535424

従来、ルテニウム膜の研磨速度を向上させるためには、高硬度の砥粒を用いる必要があった。しかしながら、高硬度の砥粒を含有するルテニウム膜研磨用組成物を用いたCMPでは、研磨後の被研磨面に研磨傷が生じやすいという課題があった。 Conventionally, in order to improve the polishing speed of the ruthenium film, it has been necessary to use abrasive grains having high hardness. However, in CMP using a composition for polishing a ruthenium film containing abrasive grains having high hardness, there is a problem that polishing scratches are likely to occur on the surface to be polished after polishing.

そこで、本発明に係る幾つかの態様は、半導体基板、特にルテニウムを含有する部位を備える半導体基板を高速研磨でき、かつ、被研磨面の研磨傷を低減できる化学機械研磨用組成物、及びこれを用いた研磨方法を提供する。 Therefore, in some aspects of the present invention, a composition for chemical mechanical polishing capable of high-speed polishing a semiconductor substrate, particularly a semiconductor substrate having a ruthenium-containing portion, and reducing polishing scratches on the surface to be polished, and a composition for polishing a chemical machine, To provide a polishing method using.

本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下のいずれかの態様として実現することができる。 The present invention has been made to solve at least a part of the above-mentioned problems, and can be realized as any of the following aspects.

本発明に係る化学機械研磨用組成物の一態様は、
(A)アルミニウムを含有するチタニア粒子と、
(B)塩基性化合物と、
を含有し、pHが7以上13以下である。
One aspect of the chemical mechanical polishing composition according to the present invention is
(A) Titania particles containing aluminum and
(B) Basic compounds and
The pH is 7 or more and 13 or less.

前記化学機械研磨用組成物の一態様において、
前記(A)成分の含有量をM[質量%]、前記(B)成分の含有量をM[質量%]としたときに、M/Mの値が0.1〜10であることができる。
In one aspect of the chemical mechanical polishing composition,
Wherein (A) M A [wt%] of the content of the component, the content of the component (B) is taken as M B [wt%], the value of M A / M B is 0.1 to 10 There can be.

前記化学機械研磨用組成物のいずれかの態様において、
化学機械研磨用組成物の全質量に対して、前記(A)成分の含有量が0.1質量%以上10質量%以下であることができる。
In any aspect of the chemical mechanical polishing composition.
The content of the component (A) can be 0.1% by mass or more and 10% by mass or less with respect to the total mass of the composition for chemical mechanical polishing.

前記化学機械研磨用組成物のいずれかの態様において、
さらに、(C)カルボン酸を含有することができる。
In any aspect of the chemical mechanical polishing composition.
Furthermore, (C) carboxylic acid can be contained.

前記化学機械研磨用組成物のいずれかの態様において、
さらに、(D)酸化剤を含有することができる。
In any aspect of the chemical mechanical polishing composition.
Furthermore, (D) an oxidizing agent can be contained.

本発明に係る化学機械研磨用組成物の製造方法の一態様は、
(A)アルミニウムを含有するチタニア粒子と、(B)塩基性化合物とを液状媒体に添加する工程を含む。
One aspect of the method for producing a composition for chemical mechanical polishing according to the present invention is
It includes a step of adding (A) aluminum-containing titania particles and (B) a basic compound to a liquid medium.

本発明に係る研磨方法の一態様は、
前記いずれかの態様の化学機械研磨用組成物を用いて半導体基板を研磨する工程を含む。
One aspect of the polishing method according to the present invention is
The step of polishing a semiconductor substrate with the composition for chemical mechanical polishing according to any one of the above is included.

前記研磨方法の一態様において、
前記半導体基板がルテニウムを含有する部位を備えることができる。
In one aspect of the polishing method,
The semiconductor substrate can include a portion containing ruthenium.

本発明に係る化学機械研磨用組成物によれば、半導体基板、特にルテニウムを含有する部位を備える半導体基板を高速研磨でき、かつ、被研磨面の研磨傷を低減することができる。また、本発明に係る研磨方法によれば、上記化学機械研磨用組成物を用いることで、半導体基板、特にルテニウムを含有する部位を備える半導体基板を高速研磨し、研磨傷の少ない被研磨面を製造することができる。 According to the composition for chemical mechanical polishing according to the present invention, a semiconductor substrate, particularly a semiconductor substrate having a ruthenium-containing portion, can be polished at high speed, and polishing scratches on the surface to be polished can be reduced. Further, according to the polishing method according to the present invention, by using the above-mentioned chemical mechanical polishing composition, a semiconductor substrate, particularly a semiconductor substrate having a ruthenium-containing portion, is polished at high speed, and a surface to be polished with few polishing scratches is obtained. Can be manufactured.

(A)アルミニウムを含有するチタニア粒子の長径(Rmax)及び短径(Rmin)を模式的に示した概念図である。(A) is a conceptual diagram schematically showing a major axis (Rmax) and a minor axis (Rmin) of aluminum-containing titania particles. 本実施形態に係る研磨方法の使用に適した被処理体を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which shows typically the object to be processed suitable for use of the polishing method which concerns on this embodiment. 第1研磨工程終了時での被処理体を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which shows typically the object to be processed at the time of completion of the 1st polishing process. 第2研磨工程終了時での被処理体を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which shows typically the object to be processed at the time of completion of the 2nd polishing process. 化学機械研磨装置を模式的に示した斜視図である。It is a perspective view which shows typically the chemical mechanical polishing apparatus.

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形例も含む。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. The present invention is not limited to the following embodiments, and includes various modifications that are carried out without changing the gist of the present invention.

本明細書において、「〜」を用いて記載された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味である。 In the present specification, the numerical range described by using "~" means that the numerical values described before and after "~" are included as the lower limit value and the upper limit value.

1.化学機械研磨用組成物
本発明の一実施形態に係る化学機械研磨用組成物は、(A)アルミニウムを含有するチタニア粒子と、(B)塩基性化合物とを含有し、pHが7以上13以下である。以下、本実施形態に係る化学機械研磨用組成物に含まれる各成分について詳細に説明する。
1. 1. Composition for Chemical Mechanical Polishing The composition for chemical mechanical polishing according to an embodiment of the present invention contains (A) aluminum-containing titania particles and (B) basic compound, and has a pH of 7 or more and 13 or less. Is. Hereinafter, each component contained in the chemical mechanical polishing composition according to the present embodiment will be described in detail.

1.1.(A)アルミニウムを含有するチタニア粒子
本実施形態に係る化学機械研磨用組成物は、(A)アルミニウムを含有するチタニア粒子(本明細書において、単に「(A)成分」ともいう。)を含有する。「アルミニウムを含有するチタニア粒子」としては、例えば、チタニア粒子表面の少なくとも一部がアルミニウム元素を含有する材料により被覆されている態様が挙げられる。
1.1. (A) Aluminum-containing titania particles The composition for chemical mechanical polishing according to the present embodiment contains (A) aluminum-containing titania particles (also simply referred to as "component (A)" in the present specification). To do. Examples of the "aluminum-containing titania particles" include an embodiment in which at least a part of the surface of the titania particles is coated with a material containing an aluminum element.

このような(A)成分は、pHが7以上13以下の範囲において、アルミニウムを含有していないチタニア粒子よりもゼータ電位の絶対値が大きくなり、粒子同士の静電反発力が増大するために、化学機械研磨用組成物中における粒子の分散性が向上すると考えられる。その結果、ルテニウムを含有する部位を備える半導体基板を高速研磨でき、かつ、被研磨面の研磨傷を低減することができる。 In such a component (A), in the pH range of 7 or more and 13 or less, the absolute value of the zeta potential becomes larger than that of the titania particles containing no aluminum, and the electrostatic repulsive force between the particles increases. , It is considered that the dispersibility of particles in the composition for chemical mechanical polishing is improved. As a result, the semiconductor substrate having the ruthenium-containing portion can be polished at high speed, and the polishing scratches on the surface to be polished can be reduced.

また、チタニア粒子は、水、酸素、窒素等と反応しやすく、経時的に変質しやすい傾向がある。しかしながら、(A)成分のように、チタニア粒子表面の少なくとも一部がアルミニウム元素を含有する材料により被覆されていると、該チタニア粒子表面での水、酸素、窒素等との反応性を低減することができるので、経時的な変質を抑制することができる。 In addition, titania particles easily react with water, oxygen, nitrogen, etc., and tend to deteriorate over time. However, when at least a part of the surface of the titania particles is coated with a material containing an aluminum element like the component (A), the reactivity with water, oxygen, nitrogen, etc. on the surface of the titania particles is reduced. Therefore, deterioration over time can be suppressed.

(A)成分は、粉末X線回折パターンにおける回折強度が最大となるピーク部分の半値幅の上限値が1°未満であることが好ましく、0.7°未満であることがより好ましい。当該半値幅の下限値は、0.2°以上であることが好ましい。回折強度が最大となるピーク部分の半値幅が前記範囲であると、(A)成分の結晶子が均質となり研磨に最適な硬度となる。その結果、ルテニウムを含有する部位を備えた半導体基板を高速研磨でき、かつ、被研磨面の研磨傷を低減することができる。 For the component (A), the upper limit of the full width at half maximum of the peak portion where the diffraction intensity in the powder X-ray diffraction pattern is maximum is preferably less than 1 °, and more preferably less than 0.7 °. The lower limit of the half width is preferably 0.2 ° or more. When the full width at half maximum of the peak portion where the diffraction intensity is maximized is within the above range, the crystallites of the component (A) become homogeneous and have the optimum hardness for polishing. As a result, the semiconductor substrate provided with the ruthenium-containing portion can be polished at high speed, and the polishing scratches on the surface to be polished can be reduced.

なお、粉末X線回折パターンとは、粉体X線回折による試料測定を行った際の、入射角を横軸、回折強度を縦軸とする2次元グラフにおける、各入射角で測定される回折強度のプロット線のことを指す。 The powder X-ray diffraction pattern is a diffraction measured at each incident angle in a two-dimensional graph having an incident angle on the horizontal axis and a diffraction intensity on the vertical axis when a sample is measured by powder X-ray diffraction. Refers to the intensity plot line.

本実施形態における(A)成分は、(A)成分の長径をRmaxと短径をRminとしたときに、長径と短径との比率(Rmax/Rmin)の下限は、好ましくは1.1であり、より好ましくは1.5であり、特に好ましくは2.0である。長径と短径との比率(Rmax/Rmin)の上限は、好ましくは4.0であり、より好ましくは3.8であり、特に好ましくは3.5である。長径と短径との比率(Rmax/Rmin)が1.1以上であれば、ルテニウムを含有する部位を備えた半導体基板を高速研磨でき、長径と短径との比率(Rmax/Rmin)が4.0以下であれば、(A)成分の端部での引っ掛かりが抑制できるので、ルテニウムを含有する部位を備えた半導体基板の被研磨面の研磨傷を低減することができる。 In the component (A) in the present embodiment, when the major axis of the component (A) is Rmax and the minor axis is Rmin, the lower limit of the ratio (Rmax / Rmin) between the major axis and the minor axis is preferably 1.1. Yes, more preferably 1.5, and particularly preferably 2.0. The upper limit of the ratio of the major axis to the minor axis (Rmax / Rmin) is preferably 4.0, more preferably 3.8, and particularly preferably 3.5. When the ratio of the major axis to the minor axis (Rmax / Rmin) is 1.1 or more, the semiconductor substrate having the ruthenium-containing portion can be polished at high speed, and the ratio of the major axis to the minor axis (Rmax / Rmin) is 4. When it is 0.0 or less, it is possible to suppress the catching of the component (A) at the end portion, so that it is possible to reduce the polishing scratches on the surface to be polished of the semiconductor substrate provided with the ruthenium-containing portion.

(A)成分の長径と短径との比率(Rmax/Rmin)は、製造上の加熱処理条件、酸添加条件、粉砕条件等を適宜制御することにより調整することができる。 The ratio (Rmax / Rmin) of the major axis to the minor axis of the component (A) can be adjusted by appropriately controlling the heat treatment conditions, acid addition conditions, pulverization conditions, etc. in manufacturing.

(A)成分の長径(Rmax)及び短径(Rmin)は、以下のようにして測定することができる。例えば、図1に示すように透過型電子顕微鏡により撮影された一つの独立した粒子1の像が楕円形状である場合、楕円形状の長軸aを粒子1の長径(Rmax)と判別し、楕円形状の短軸bを粒子1の短径(Rmin)と判別する。このような判別手法により、例えば50個の粒子の長径(Rmax)及び短径(Rmin)を測定し、長径(Rmax)及び短径(Rmin)の平均値を算出した後、長径と短径との比率(Rmax/Rmin)を計算して求めることができる。 The major axis (Rmax) and minor axis (Rmin) of the component (A) can be measured as follows. For example, when the image of one independent particle 1 taken by a transmission electron microscope as shown in FIG. 1 has an elliptical shape, the major axis a of the elliptical shape is determined to be the major axis (Rmax) of the particle 1, and the ellipse. The minor axis b of the shape is determined to be the minor axis (Rmin) of the particle 1. By such a discrimination method, for example, the major axis (Rmax) and the minor axis (Rmin) of 50 particles are measured, the average value of the major axis (Rmax) and the minor axis (Rmin) is calculated, and then the major axis and the minor axis are determined. The ratio (Rmax / Rmin) of can be calculated and obtained.

(A)成分が含有する、チタンのモル数をMTi、アルミニウムのモル数をMAlとしたときに、MTi/MAlの値の下限は、好ましくは6であり、より好ましくは10であり、特に好ましくは20である。MTi/MAlの値の上限は、好ましくは70であり、より好ましくは65であり、特に好ましくは60である。(A)成分のMTi/MAlの値が前記範囲内にあれば、硬質材料を研磨する場合でも(A)成分が十分な硬度を維持で
きる。したがって、ルテニウムを含有する部位を備えた半導体基板を高速研磨することができる。また、MTi/MAlの値が前記範囲内にあれば、粒子同士の静電反発力により凝集を抑制して、粒子の肥大化を効果的に抑制できる。その結果、被研磨面の研磨傷をより低減することができる。
(A) component contains, the number of moles of M Ti of titanium, the molar number of the aluminum is taken as M Al, the lower limit value of M Ti / M Al is preferably 6, more preferably 10 Yes, especially preferably 20. The upper limit of the value of M Ti / M Al is preferably 70, more preferably 65, and particularly preferably 60. If the value of M Ti / M Al of the component (A) is within the above range, the component (A) can maintain sufficient hardness even when polishing a hard material. Therefore, the semiconductor substrate provided with the ruthenium-containing portion can be polished at high speed. Further, when the value of M Ti / M Al is within the above range, aggregation can be suppressed by the electrostatic repulsive force between the particles, and the enlargement of the particles can be effectively suppressed. As a result, polishing scratches on the surface to be polished can be further reduced.

(A)成分のMTi/MAlの値は、(A)成分を希フッ化水素酸で溶解させ、ICP−MS(誘導結合プラズマ質量分析計:例えばパーキンエルマー製、型番「ELAN DRC PLUS」)にて、チタン及びアルミニウムの含有量を測定し、その測定値から算出して求めることができる。 The value of M Ti / M Al of the component (A) is determined by dissolving the component (A) with dilute hydrofluoric acid and ICP-MS (inductively coupled plasma mass spectrometer: manufactured by PerkinElmer, for example, model number "ELAN DRC PLUS". ), The contents of titanium and aluminum can be measured and calculated from the measured values.

(A)成分のゼータ電位の絶対値は、好ましくは25mV以上であり、より好ましくは30mV以上であり、特に好ましくは35mV以上である。(A)成分のゼータ電位の絶対値が前記範囲であれば、(A)成分同士の静電反発力が増大することで、化学機械研磨用組成物中における(A)成分の分散性が向上する。その結果、ルテニウムを含有する部位を備える半導体基板を高速研磨でき、かつ、被研磨面の研磨傷を低減することができる。なお、(A)成分のゼータ電位は、レーザードップラー法を測定原理とするゼータ電位測定装置を用いて常法により測定することできる。このようなゼータ電位測定装置としては、例えばブルックヘブンインスツルメント社製の「ゼータポテンシャルアナライザー」、大塚電子株式会社製の「ELSZ−1000ZS」が挙げられる。 The absolute value of the zeta potential of the component (A) is preferably 25 mV or more, more preferably 30 mV or more, and particularly preferably 35 mV or more. When the absolute value of the zeta potential of the component (A) is within the above range, the electrostatic repulsive force between the components (A) increases, so that the dispersibility of the component (A) in the composition for chemical mechanical polishing is improved. To do. As a result, the semiconductor substrate having the ruthenium-containing portion can be polished at high speed, and the polishing scratches on the surface to be polished can be reduced. The zeta potential of the component (A) can be measured by a conventional method using a zeta potential measuring device based on the laser Doppler method. Examples of such a zeta potential measuring device include a "zeta potential analyzer" manufactured by Brook Haven Instruments Co., Ltd. and an "ELSZ-1000ZS" manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.

(A)成分の平均粒子径の下限は、好ましくは10nmであり、より好ましくは20nmである。(A)成分の平均粒子径の上限は、好ましくは300nmであり、より好ましくは200nmである。(A)成分の平均粒子径が前記範囲内にあると、十分な研磨速度が得られると共に、粒子の沈降・分離を生ずることのない安定性に優れた化学機械研磨用組成物が得られる。なお、(A)成分の平均粒子径は、(A)成分を含有する組成物を乾燥させて得られた試料について、例えば流動式比表面積自動測定装置(株式会社島津製作所製、「micrometricsFlowSorbII2300」)を用いてBET法による比表面積を測定し、その測定値から算出して求めることができる。 The lower limit of the average particle size of the component (A) is preferably 10 nm, more preferably 20 nm. The upper limit of the average particle size of the component (A) is preferably 300 nm, more preferably 200 nm. When the average particle size of the component (A) is within the above range, a sufficient polishing rate can be obtained, and a composition for chemical mechanical polishing having excellent stability without causing precipitation or separation of particles can be obtained. The average particle size of the component (A) is determined by, for example, a fluidized specific surface area automatic measuring device (“micrometricsFlowSorbII2300” manufactured by Shimadzu Corporation) for a sample obtained by drying the composition containing the component (A). The specific surface area by the BET method can be measured using the above and calculated from the measured value.

(A)成分の製造方法は、特に制限されないが、例えば、(A)成分の原料を少なくとも含む酸化物原料液と、(A)成分を析出させるための酸化物析出物質を少なくとも含む酸化物析出溶媒とを用意し、酸化物原料液と酸化物析出溶媒とを混合させた混合流体中で、反応、晶析、析出、共沈等の公知の方法で、酸化物粒子を製造する方法を用いることができる。また、(A)成分に含まれるアルミニウム及びチタンは、上記酸化物原料液に一緒に含まれていてもよく、酸化物原料液と酸化物析出溶媒にそれぞれ含まれていてもよく、酸化物原料液と酸化物析出溶媒の両者に含まれていてもよい。 The method for producing the component (A) is not particularly limited, but for example, an oxide raw material solution containing at least the raw material of the component (A) and an oxide precipitation containing at least an oxide-precipitating substance for precipitating the component (A). A method of producing oxide particles by a known method such as reaction, crystallization, precipitation, and co-precipitation in a mixed fluid in which a solvent is prepared and an oxide raw material solution and an oxide precipitation solvent are mixed is used. be able to. Further, aluminum and titanium contained in the component (A) may be contained together in the oxide raw material solution, may be contained in the oxide raw material solution and the oxide precipitation solvent, respectively, and may be contained in the oxide raw material solution. It may be contained in both the liquid and the oxide precipitation solvent.

また、チタニア粒子表面の少なくとも一部がアルミニウム元素を含有する材料により被覆されている態様の(A)成分は、チタニア粒子を原料にして以下の方法により作成することができる。 Further, the component (A) in the embodiment in which at least a part of the surface of the titania particles is coated with a material containing an aluminum element can be prepared by the following method using the titania particles as a raw material.

まず、チタニア粒子を水に分散してスラリー化する。次に、チタニア粒子100質量部に対してアルミナ換算で、好ましくは1〜50質量部となるようにアルミン酸ソーダ水溶液、硫酸アルミニウム水溶液、塩化アルミニウム水溶液等の水に溶解させたアルミニウム塩水溶液を加えながら、同時に硫酸、塩酸、硝酸などの酸、または水酸化ナトリウム水溶液、アンモニア水などの塩基を加え、このスラリーをpH5〜8に保持する操作を行う。この操作によってチタニア粒子の表面にアルミナが被覆される。その後、ろ過、洗浄、乾燥、粉砕等の公知の方法により均質な粒子を製造することができる。 First, the titania particles are dispersed in water to form a slurry. Next, an aqueous aluminum salt solution dissolved in water such as an aqueous solution of sodium aluminate, an aqueous solution of aluminum sulfate, and an aqueous solution of aluminum chloride was added so that the amount was preferably 1 to 50 parts by mass in terms of alumina with respect to 100 parts by mass of titania particles. At the same time, an acid such as sulfuric acid, hydrochloric acid, or nitrate, or a base such as an aqueous sodium hydroxide solution or aqueous ammonia is added to maintain this slurry at pH 5 to 8. By this operation, the surface of the titania particles is coated with alumina. After that, homogeneous particles can be produced by known methods such as filtration, washing, drying, and pulverization.

上記製造方法において用いられるチタニア粒子は、ルチル型、アナターゼ型、無定形及
びそれらの混合物のいずれも使用することができるが、ルチル型であることが好ましい。
As the titania particles used in the above production method, any of rutile type, anatase type, amorphous type and a mixture thereof can be used, but rutile type is preferable.

(A)成分の含有量(M)の下限は、化学機械研磨用組成物の全質量に対して、好ましくは0.1質量%であり、より好ましくは0.3質量%であり、特に好ましくは0.5質量%である。また、(A)成分の含有量(M)の上限は、好ましくは10.0質量%であり、より好ましくは5.0質量%であり、特に好ましくは3.0質量%である。 The lower limit of the content of the component (A) (M A), based on the total mass of the chemical mechanical polishing composition is preferably 0.1 wt%, more preferably from 0.3 mass%, particularly It is preferably 0.5% by mass. The upper limit of the amount of the component (A) (M A) is preferably from 10.0 mass%, more preferably from 5.0% by weight, particularly preferably 3.0% by mass.

1.2.(B)塩基性化合物
本実施形態に係る化学機械研磨用組成物は、(B)塩基性化合物(本明細書において、単に「(B)成分」ともいう。)を含有する。(B)塩基性化合物を含有することにより、(A)成分の分散安定性を高めることができる。これにより、(A)成分の凝集を抑制して粗大粒子の発生を抑え、研磨傷の発生を効果的に低減することができる。
1.2. (B) Basic Compound The composition for chemical mechanical polishing according to the present embodiment contains (B) a basic compound (also simply referred to as “component (B)” in the present specification). By containing the basic compound (B), the dispersion stability of the component (A) can be enhanced. As a result, the aggregation of the component (A) can be suppressed, the generation of coarse particles can be suppressed, and the occurrence of polishing scratches can be effectively reduced.

(B)塩基性化合物としては、有機塩基又は無機塩基が挙げられるが、有機塩基であることが好ましい。有機塩基としては、アミンが好ましく、例えば、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ベンジルアミン、メチルアミン、エチレンジアミン、ジグリコールアミン、イソプロピルアミン、ドデシルアミノエチルアミノエチルグリシン等が挙げられる。無機塩基としては、例えば、アンモニア、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等が挙げられる。これらの無機塩基の中でも、アンモニア、水酸化カリウム、モノエタノールアミンが好ましい。(B)塩基性化合物は、前記例示したものを1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。 Examples of the (B) basic compound include organic bases and inorganic bases, and organic bases are preferable. As the organic base, amines are preferable, and examples thereof include triethylamine, monoethanolamine, benzylamine, methylamine, ethylenediamine, diglycolamine, isopropylamine, dodecylaminoethylaminoethylglycine and the like. Examples of the inorganic base include ammonia, potassium hydroxide, sodium hydroxide and the like. Among these inorganic bases, ammonia, potassium hydroxide and monoethanolamine are preferable. As the basic compound (B), the above-exemplified compounds may be used alone or in combination of two or more.

(B)成分の含有量(M)の下限は、化学機械研磨用組成物の全質量に対して、好ましくは0.01質量%であり、より好ましくは0.1質量%である。また、(B)成分の含有量(M)の上限は、好ましくは1.5質量%であり、より好ましくは1.3質量%である。 The lower limit of the content of the component (B) (M B), based on the total mass of the chemical mechanical polishing composition is preferably 0.01 mass%, more preferably 0.1% by mass. The upper limit of the content of the component (B) (M B) is preferably from 1.5 mass%, more preferably 1.3% by mass.

本実施形態に係る化学機械研磨用組成物において、(A)成分の含有量をM[質量%]及び(B)成分の含有量をM[質量%]としたときに、M/Mの値が0.1〜10の範囲内にあることが好ましく、0.5〜5の範囲内にあることがより好ましい。M/Mの値が前記範囲内にあると、ルテニウム膜に対する研磨速度と、シリカ膜等の絶縁膜に対する研磨傷抑制とのバランスに優れるため、ルテニウム膜と絶縁膜とが共存するような被研磨面を研磨する際に、平滑性に優れ、かつ、研磨欠陥の少ない被研磨面が得られやすい。 In the chemical mechanical polishing composition of this embodiment, when the (A) M A [wt%] of the content of the component and (B) the content of the component M B [wt%], M A / it is preferable that the value of M B is in the range of 0.1 to 10, and more preferably in the range of 0.5 to 5. When the value of M A / M B is within the above range, the polishing rate of the ruthenium film, is excellent in balance between polishing scratches suppressed with respect to the insulating film of the silica film and the like, so as to coexist and ruthenium film and the insulating film When polishing the surface to be polished, it is easy to obtain a surface to be polished having excellent smoothness and few polishing defects.

1.3.(C)カルボン酸
本実施形態に係る化学機械研磨用組成物は、(C)カルボン酸(本明細書において、単に「(C)成分」ともいう。)をさらに含有することが好ましい。(C)成分を含有することにより、ルテニウム膜と絶縁膜とが共存するような被研磨面を研磨する際に、さらに高速で研磨することができる場合がある。
1.3. (C) Carboxylic Acid The composition for chemical mechanical polishing according to the present embodiment preferably further contains (C) carboxylic acid (also simply referred to as “component (C)” in the present specification). By containing the component (C), when polishing the surface to be polished such that the ruthenium film and the insulating film coexist, it may be possible to polish at a higher speed.

「カルボン酸」とは、カルボキシル基(−COOH)を有する化合物のことをいう。 "Carboxylic acid" refers to a compound having a carboxyl group (-COOH).

(C)成分としては、特に限定されないが、例えば、ステアリン酸、ラウリン酸、オレイン酸、ミリスチン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、アルケニルコハク酸、乳酸、酒石酸、フマル酸、グリコール酸、フタル酸、マレイン酸、ギ酸、酢酸、シュウ酸、クエン酸、リンゴ酸、マロン酸、グルタル酸、コハク酸、安息香酸、キノリン酸、キナルジン酸、アミド硫酸、プロピオン酸、トリフルオロ酢酸、p−トルエンスルホン酸、グリシン、アラニン、アスパラギン酸、グルタミン酸、リシン、アルギニン、トリプトファン、芳香族アミノ酸及び複素環型アミノ酸等のアミノ酸、ポリアクリル酸及びポリメタクリル酸等の
カルボン酸ポリマーが挙げられる。これらの(C)成分は、1種単独で用いてもよいし、2種以上組み合わせて用いてもよい。
The component (C) is not particularly limited, but is, for example, stearic acid, lauric acid, oleic acid, myristic acid, dodecylbenzenesulfonic acid, alkenylsuccinic acid, lactic acid, tartaric acid, fumaric acid, glycolic acid, phthalic acid, maleic acid. , Formic acid, acetic acid, oxalic acid, citric acid, malic acid, malonic acid, glutaric acid, succinic acid, benzoic acid, quinophosphate, quinaldic acid, amidosulfate, propionic acid, trifluoroacetic acid, p-toluenesulfonic acid, glycine, Examples thereof include amino acids such as alanine, aspartic acid, glutamic acid, lysine, arginine, tryptophan, aromatic amino acids and heterocyclic amino acids, and carboxylic acid polymers such as polyacrylic acid and polymethacrylic acid. These components (C) may be used alone or in combination of two or more.

(C)成分の含有量(M)の下限は、化学機械研磨用組成物の全質量に対して、好ましくは0.01質量%であり、より好ましくは0.1質量%である。また、(C)成分の含有量(M)の上限は、好ましくは5質量%であり、より好ましくは2質量%である。 The lower limit of the content of the component (C) (M C), based on the total mass of the chemical mechanical polishing composition is preferably 0.01 mass%, more preferably 0.1% by mass. The upper limit of the content of the component (C) (M C) is preferably 5 wt%, more preferably from 2 mass%.

本実施形態に係る化学機械研磨用組成物において、(A)成分の含有量をM[質量%]及び(C)成分の含有量をM[質量%]としたときに、M/Mの値が0.1〜30の範囲内にあることが好ましく、0.4〜25の範囲内にあることがより好ましい。M/Mの値が前記範囲内にあると、(A)成分と(C)成分との相互作用により、ルテニウム膜と絶縁膜とが共存するような被研磨面をより高速で研磨しやすくなり、かつ、平滑性に優れた被研磨面が得られやすい。 In the chemical mechanical polishing composition of this embodiment, when the (A) M A [wt%] of the content of the component and (C) the content of the component M C [wt%], M A / it is preferable that the value of M C is in the range of 0.1 to 30, and more preferably in the range of 0.4 to 25. When the value of M A / M C is within the above range, the interaction of the component (A) to the component (C) was polished faster polished surface so as to coexist and ruthenium film and the insulating film It becomes easy to obtain a surface to be polished with excellent smoothness.

1.4.(D)酸化剤
本実施形態に係る化学機械研磨用組成物は、(D)酸化剤(本明細書において、単に「(D)成分」ともいう。)を含有することが好ましい。(D)酸化剤を含有することにより、ルテニウム等の金属を酸化して研磨液成分との錯化反応を促すことにより、被研磨面に脆弱な改質層を作り出すことができるため、研磨しやすくする効果がある。
1.4. (D) Oxidizing Agent The chemical mechanical polishing composition according to the present embodiment preferably contains (D) an oxidizing agent (also simply referred to as "component (D)" in the present specification). (D) By containing an oxidizing agent, a metal such as ruthenium is oxidized to promote a complexing reaction with a polishing liquid component, so that a fragile modified layer can be created on the surface to be polished. It has the effect of making it easier.

(D)酸化剤としては、例えば、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過酸化水素、硝酸第二鉄、硝酸二アンモニウムセリウム、次亜塩素酸カリウム、次亜塩素酸ナトリウム、オゾン、過ヨウ素酸カリウム、過酢酸等が挙げられる。これらの酸化剤のうち、四酸化ルテニウムの発生を抑制する観点から、過ヨウ素酸カリウム、次亜塩素酸カリウム、及び過酸化水素から選択される少なくとも1種が好ましく、過酸化水素がより好ましい。これらの(D)酸化剤は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Examples of the oxidizing agent include ammonium persulfate, potassium persulfate, hydrogen peroxide, ferric nitrate, cerium diammonium nitrate, potassium hypochlorite, sodium hypochlorite, ozone, and potassium periodate. Peracetic acid and the like can be mentioned. Among these oxidizing agents, at least one selected from potassium periodate, potassium hypochlorite, and hydrogen peroxide is preferable, and hydrogen peroxide is more preferable, from the viewpoint of suppressing the generation of ruthenium tetroxide. These (D) oxidizing agents may be used alone or in combination of two or more.

本実施形態に係る化学機械研磨用組成物が(D)酸化剤を含有する場合、(D)成分の含有量の下限は、化学機械研磨用組成物の全質量に対して、好ましくは0.001質量%であり、より好ましくは0.005質量%である。また、(D)成分の含有量の上限は、好ましくは5質量%であり、より好ましくは3質量%である。 When the composition for chemical mechanical polishing according to the present embodiment contains (D) an oxidizing agent, the lower limit of the content of the component (D) is preferably 0 with respect to the total mass of the composition for chemical mechanical polishing. It is 001% by mass, more preferably 0.005% by mass. The upper limit of the content of the component (D) is preferably 5% by mass, more preferably 3% by mass.

1.5.その他の添加剤
本実施形態に係る化学機械研磨用組成物は、主要な液状媒体である水の他、必要に応じて、無機酸、(C)成分以外の有機酸、含窒素複素環化合物、界面活性剤、水溶性高分子等を含有してもよい。
1.5. Other Additives The composition for chemical mechanical polishing according to the present embodiment includes water as a main liquid medium, an inorganic acid, an organic acid other than the component (C), and a nitrogen-containing heterocyclic compound, if necessary. It may contain a surfactant, a water-soluble polymer and the like.

<水>
本実施形態に係る化学機械研磨用組成物は、水を主要な液状媒体として含有する。水としては、特に制限されるものではないが、原料としては純水が好ましい。水は、上述した化学機械研磨用組成物の構成材料の残部として配合されていればよく、水の含有量については特に制限はない。
<Water>
The chemical mechanical polishing composition according to this embodiment contains water as a main liquid medium. The water is not particularly limited, but pure water is preferable as the raw material. Water may be blended as the remainder of the constituent material of the above-mentioned chemical mechanical polishing composition, and the content of water is not particularly limited.

<無機酸>
本実施形態に係る化学機械研磨用組成物は、無機酸を含有してもよい。無機酸を含有することにより、ルテニウム膜等の金属膜に対する研磨速度がさらに向上する場合がある。
<Inorganic acid>
The composition for chemical mechanical polishing according to the present embodiment may contain an inorganic acid. By containing an inorganic acid, the polishing rate for a metal film such as a ruthenium film may be further improved.

無機酸としては、例えば、塩酸、硝酸、硫酸、及びリン酸から選ばれる少なくとも1種が好ましい。なお、無機酸は、化学機械研磨用組成物中で別途添加された塩基と塩を形成
していてもよい。
As the inorganic acid, for example, at least one selected from hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, and phosphoric acid is preferable. The inorganic acid may form a salt with a base separately added in the composition for chemical mechanical polishing.

無機酸を含有する場合、無機酸の含有量は、化学機械研磨用組成物の全質量に対して、好ましくは0.01〜1.5質量%であり、より好ましくは0.1〜1.0質量%である。 When the inorganic acid is contained, the content of the inorganic acid is preferably 0.01 to 1.5% by mass, more preferably 0.1 to 1. 1% by mass, based on the total mass of the composition for chemical mechanical polishing. It is 0% by mass.

<(C)成分以外の有機酸>
本実施形態に係る化学機械研磨用組成物は、(C)成分以外の有機酸を含有してもよい。このような有機酸を含有することにより、ルテニウム膜等の金属膜に対する研磨速度がさらに向上する場合がある。
<Organic acids other than component (C)>
The composition for chemical mechanical polishing according to the present embodiment may contain an organic acid other than the component (C). By containing such an organic acid, the polishing rate for a metal film such as a ruthenium film may be further improved.

(C)成分以外の有機酸としては、例えば、ドデシルベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、アミド硫酸等が挙げられる。なお、(C)成分以外の有機酸は、化学機械研磨用組成物中で別途添加された塩基と塩を形成していてもよい。 Examples of the organic acid other than the component (C) include dodecylbenzenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, amidosulfate and the like. The organic acid other than the component (C) may form a salt with a base separately added in the composition for chemical mechanical polishing.

(C)成分以外の有機酸を含有する場合、無機酸の含有量は、化学機械研磨用組成物の全質量に対して、好ましくは0.01〜1.5質量%であり、より好ましくは0.1〜1.0質量%である。 When an organic acid other than the component (C) is contained, the content of the inorganic acid is preferably 0.01 to 1.5% by mass, more preferably 0.01 to 1.5% by mass, based on the total mass of the composition for chemical mechanical polishing. It is 0.1 to 1.0% by mass.

<含窒素複素環化合物>
本実施形態に係る化学機械研磨用組成物は、含窒素複素環化合物を含有してもよい。含窒素複素環化合物を含有することにより、ルテニウム等の金属の過剰なエッチングを抑制し、かつ、研磨後の表面荒れを防ぐことができる場合がある。
<Nitrogen-containing heterocyclic compound>
The composition for chemical mechanical polishing according to the present embodiment may contain a nitrogen-containing heterocyclic compound. By containing the nitrogen-containing heterocyclic compound, it may be possible to suppress excessive etching of a metal such as ruthenium and prevent surface roughness after polishing.

含窒素複素環化合物は、少なくとも1個の窒素原子を有する、複素五員環及び複素六員環から選択される少なくとも1種の複素環を含む有機化合物である。前記複素環としては、ピロール構造、イミダゾール構造、トリアゾール構造等の複素五員環;ピリジン構造、ピリミジン構造、ピリダジン構造、ピラジン構造等の複素六員環が挙げられる。該複素環は縮合環を形成していてもよい。具体的には、インドール構造、イソインドール構造、ベンゾイミダゾール構造、ベンゾトリアゾール構造、キノリン構造、イソキノリン構造、キナゾリン構造、シンノリン構造、フタラジン構造、キノキサリン構造、アクリジン構造等が挙げられる。このような構造を有する複素環化合物のうち、ピリジン構造、キノリン構造、ベンゾイミダゾール構造、ベンゾトリアゾール構造を有する複素環化合物が好ましい。 A nitrogen-containing heterocyclic compound is an organic compound having at least one nitrogen atom and containing at least one heterocycle selected from a hetero5-membered ring and a hetero6-membered ring. Examples of the heterocycle include a complex five-membered ring such as a pyrrole structure, an imidazole structure, and a triazole structure; and a complex six-membered ring such as a pyridine structure, a pyrimidine structure, a pyridazine structure, and a pyrazine structure. The heterocycle may form a fused ring. Specific examples thereof include an indole structure, an isoindole structure, a benzimidazole structure, a benzotriazole structure, a quinoline structure, an isoquinoline structure, a quinazoline structure, a cinnoline structure, a phthalazine structure, a quinoxaline structure, and an acridin structure. Among the heterocyclic compounds having such a structure, a heterocyclic compound having a pyridine structure, a quinoline structure, a benzimidazole structure, and a benzotriazole structure is preferable.

含窒素複素環化合物の具体例としては、アジリジン、ピリジン、ピリミジン、ピロリジン、ピペリジン、ピラジン、トリアジン、ピロール、イミダゾール、インドール、キノリン、イソキノリン、ベンゾイソキノリン、プリン、プテリジン、トリアゾール、トリアゾリジン、ベンゾトリアゾール、カルボキシベンゾトリアゾール等が挙げられ、さらに、これらの骨格を有する誘導体が挙げられる。これらの中でも、ベンゾトリアゾール及びトリアゾールから選択される少なくとも1種であることが好ましい。これらの含窒素複素環化合物は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Specific examples of the nitrogen-containing heterocyclic compound include aziridine, pyridine, pyrimidine, pyrrolidine, piperidine, pyrazine, triazine, pyrrole, imidazole, indol, quinoline, isoquinoline, benzoisoquinoline, purine, pteridine, triazole, triazotriazole, benzotriazole, and carboxy. Examples thereof include benzotriazole and the like, and further examples thereof include derivatives having these skeletons. Among these, at least one selected from benzotriazole and triazole is preferable. These nitrogen-containing heterocyclic compounds may be used alone or in combination of two or more.

含窒素複素環化合物を含有する場合、含窒素複素環化合物の含有量は、化学機械研磨用組成物の全質量に対して、好ましくは0.05〜2質量%であり、より好ましくは0.1〜1質量%である。 When the nitrogen-containing heterocyclic compound is contained, the content of the nitrogen-containing heterocyclic compound is preferably 0.05 to 2% by mass, more preferably 0.% by mass, based on the total mass of the composition for chemical mechanical polishing. It is 1 to 1% by mass.

<界面活性剤>
本実施形態に係る化学機械研磨用組成物は、界面活性剤を含有してもよい。界面活性剤には、化学機械研磨用組成物に適度な粘性を付与する効果があるほか、ルテニウム等の金
属の過剰なエッチングを抑制し、かつ、腐食等の研磨後の表面荒れを防ぐことができる場合がある。
<Surfactant>
The composition for chemical mechanical polishing according to the present embodiment may contain a surfactant. Surfactants have the effect of imparting appropriate viscosity to the composition for chemical mechanical polishing, suppress excessive etching of metals such as ruthenium, and prevent surface roughness after polishing such as corrosion. You may be able to do it.

界面活性剤としては、特に制限されず、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤等が挙げられる。アニオン性界面活性剤としては、例えば、脂肪酸石鹸、アルキルエーテルカルボン酸塩等のカルボン酸塩;アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩等のスルホン酸塩;高級アルコール硫酸エステル塩、アルキルエーテル硫酸塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸塩等の硫酸塩;パーフルオロアルキル化合物等の含フッ素系界面活性剤等が挙げられる。カチオン性界面活性剤としては、例えば、脂肪族アミン塩、脂肪族アンモニウム塩等が挙げられる。非イオン性界面活性剤としては、例えば、アセチレングリコール、アセチレングリコールエチレンオキサイド付加物、アセチレンアルコール等の三重結合を有する非イオン性界面活性剤;ポリエチレングリコール型界面活性剤等が挙げられる。これらの界面活性剤は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The surfactant is not particularly limited, and examples thereof include an anionic surfactant, a cationic surfactant, and a nonionic surfactant. Examples of the anionic surfactant include carboxylic acid salts such as fatty acid soap and alkyl ether carboxylate; sulfonates such as alkylbenzene sulfonate, alkylnaphthalene sulfonate and α-olefin sulfonate; higher alcohol sulfate. Sulfates such as ester salts, alkyl ether sulfates and polyoxyethylene alkylphenyl ether sulfates; fluorine-containing surfactants such as perfluoroalkyl compounds can be mentioned. Examples of the cationic surfactant include an aliphatic amine salt and an aliphatic ammonium salt. Examples of the nonionic surfactant include a nonionic surfactant having a triple bond such as acetylene glycol, an acetylene glycol ethylene oxide adduct, and an acetylene alcohol; a polyethylene glycol type surfactant and the like. These surfactants may be used alone or in combination of two or more.

界面活性剤を含有する場合、界面活性剤の含有量は、化学機械研磨用組成物の全質量に対して、好ましくは0.001〜5質量%であり、より好ましくは0.001〜3質量%であり、特に好ましくは0.01〜1質量%である。 When a surfactant is contained, the content of the surfactant is preferably 0.001 to 5% by mass, more preferably 0.001 to 3% by mass, based on the total mass of the composition for chemical mechanical polishing. %, Especially preferably 0.01 to 1% by mass.

<水溶性高分子>
本実施形態に係る化学機械研磨用組成物は、水溶性高分子(カルボン酸ポリマーを除く。)を含有してもよい。このような水溶性高分子としては、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリエチレンイミン、ポリビニルメチルエーテル、ポリアリルアミン、ヒドロキシエチルセルロース、シクロデキストリン等が挙げられる。
<Water-soluble polymer>
The composition for chemical mechanical polishing according to the present embodiment may contain a water-soluble polymer (excluding a carboxylic acid polymer). Examples of such a water-soluble polymer include polyacrylamide, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, polyethylene glycol, polyethyleneimine, polyvinylmethyl ether, polyallylamine, hydroxyethyl cellulose, cyclodextrin and the like.

水溶性高分子の重量平均分子量(Mw)は、好ましくは1,000以上1,500,000以下であり、より好ましくは10,000以上500,000以下であり、特に好ましくは30,000以上100,000以下である。なお、本明細書中における「重量平均分子量(Mw)」とは、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)によって測定されたポリエチレングリコール換算の重量平均分子量のことを指す。 The weight average molecular weight (Mw) of the water-soluble polymer is preferably 1,000 or more and 1,500,000 or less, more preferably 10,000 or more and 500,000 or less, and particularly preferably 30,000 or more and 100. It is less than 000. The "weight average molecular weight (Mw)" in the present specification refers to a polyethylene glycol-equivalent weight average molecular weight measured by GPC (gel permeation chromatography).

水溶性高分子を含有する場合、水溶性高分子の含有量は、化学機械研磨用組成物の粘度が10mPa・s未満となるように添加することが好ましいが、例えば、化学機械研磨用組成物の全質量に対して、好ましくは0.001〜1質量%であり、より好ましくは0.003〜0.5質量%である。 When a water-soluble polymer is contained, the content of the water-soluble polymer is preferably added so that the viscosity of the composition for chemical mechanical polishing is less than 10 mPa · s. For example, the composition for chemical mechanical polishing. It is preferably 0.001 to 1% by mass, more preferably 0.003 to 0.5% by mass, based on the total mass of the above.

1.6.pH
本実施形態に係る化学機械研磨用組成物のpHは、7〜13であるが、8〜12.5であることが好ましい。pHが7以上であると、化学機械研磨用組成物中の(A)成分のゼータ電位の絶対値が大きくなり、分散性が向上するため、ルテニウムを含有する部位を備えた半導体基板の研磨傷を低減しながら高速研磨することができる。一方、pHが7未満では、化学機械研磨用組成物中の(A)成分のゼータ電位の絶対値が小さくなり、分散性が悪化して凝集してしまうため、研磨速度が低下するとともに研磨欠陥が発生しやすい。
1.6. pH
The pH of the chemical mechanical polishing composition according to the present embodiment is 7 to 13, but is preferably 8 to 12.5. When the pH is 7 or more, the absolute value of the zeta potential of the component (A) in the chemical mechanical polishing composition becomes large and the dispersibility is improved. Therefore, polishing scratches on the semiconductor substrate provided with the ruthenium-containing portion Can be polished at high speed while reducing the amount of water. On the other hand, when the pH is less than 7, the absolute value of the zeta potential of the component (A) in the composition for chemical mechanical polishing becomes small, the dispersibility deteriorates and agglutination occurs, so that the polishing rate decreases and polishing defects occur. Is likely to occur.

なお、本実施形態に係る化学機械研磨用組成物のpHは、上述の(B)成分、(C)成分、無機酸、有機酸の添加量を適宜増減することにより調整することができる。 The pH of the chemical mechanical polishing composition according to the present embodiment can be adjusted by appropriately increasing or decreasing the amount of the above-mentioned component (B), component (C), inorganic acid, and organic acid.

本発明において、pHは、水素イオン指数のことを指し、その値は、市販のpHメータ
ー(例えば、株式会社堀場製作所製、卓上型pHメーター)を用いて測定することができる。
In the present invention, pH refers to a hydrogen ion index, and the value can be measured using a commercially available pH meter (for example, a tabletop pH meter manufactured by HORIBA, Ltd.).

1.7.用途
本実施形態に係る化学機械研磨用組成物は、上述したようにルテニウムを含有する部位を備えた半導体基板を高速研磨でき、かつ、被研磨面の研磨傷を低減することができる。特に、本実施形態に係る化学機械研磨用組成物は、次世代半導体材料であるルテニウム膜を銅膜の下地に施した半導体基板において、ルテニウム膜含有基板を化学機械研磨するための研磨材料として好適である。
1.7. Applications The chemical mechanical polishing composition according to the present embodiment can polish a semiconductor substrate provided with a ruthenium-containing portion at high speed as described above, and can reduce polishing scratches on the surface to be polished. In particular, the composition for chemical mechanical polishing according to the present embodiment is suitable as a polishing material for chemical mechanical polishing of a ruthenium film-containing substrate in a semiconductor substrate in which a ruthenium film, which is a next-generation semiconductor material, is applied as a base of a copper film. Is.

1.8.化学機械研磨用組成物の製造方法
本発明の一実施形態に係る化学機械研磨用組成物の製造方法は、(A)アルミニウムを含有するチタニア粒子と、(B)塩基性化合物と、を液状媒体に添加する工程を含む。なお、かかる工程によって得られた化学機械研磨用組成物のpHが7〜13の範囲にない場合、又は、化学機械研磨用組成物のpHが7〜13の範囲にあるがさらにpHを調整したい場合には、(B)成分や(C)成分、その他の添加剤を添加することによりpHを調整する工程をさらに行ってもよい。
1.8. Method for Producing Composition for Chemical Mechanical Polishing In the method for producing a composition for chemical mechanical polishing according to an embodiment of the present invention, (A) aluminum-containing titania particles and (B) a basic compound are used as a liquid medium. Including the step of adding to. If the pH of the chemical mechanical polishing composition obtained by this step is not in the range of 7 to 13, or if the pH of the chemical mechanical polishing composition is in the range of 7 to 13, the pH should be further adjusted. In some cases, the step of adjusting the pH by adding the component (B), the component (C), and other additives may be further performed.

上述の化学機械研磨用組成物は、液状媒体に(A)成分、(B)成分、必要に応じてその他の成分を添加して溶解又は分散させることにより調製することができる。液状媒体に各成分を溶解又は分散させる方法は、特に制限されず、均一に溶解又は分散できればどのような方法を適用してもよい。また、上述した各成分の混合順序や混合方法についても特に制限されない。 The composition for chemical mechanical polishing described above can be prepared by adding the component (A), the component (B), and other components as necessary to a liquid medium to dissolve or disperse the composition. The method for dissolving or dispersing each component in the liquid medium is not particularly limited, and any method may be applied as long as it can be uniformly dissolved or dispersed. Further, the mixing order and mixing method of each component described above are not particularly limited.

こうして得られた化学機械研磨用組成物は、濃縮タイプの原液として調製し、使用時に水等の液状媒体で希釈して使用することもできる。 The composition for chemical mechanical polishing thus obtained can be prepared as a concentrated type stock solution and diluted with a liquid medium such as water at the time of use.

2.研磨方法
本発明の一実施形態に係る研磨方法は、上述した化学機械研磨用組成物を用いて、半導体基板を研磨する工程を含む。上述した化学機械研磨用組成物は、ルテニウムを含有する部位を備えた半導体基板を高速研磨でき、かつ、被研磨面の研磨傷を低減することができる。特に、本実施形態に係る研磨方法は、次世代半導体材料であるルテニウム膜を銅膜の下地に施した半導体基板を研磨する場合に好適である。以下、本実施形態に係る研磨方法の一具体例について、図面を用いて詳細に説明する。
2. 2. Polishing method
The polishing method according to the embodiment of the present invention includes a step of polishing a semiconductor substrate by using the above-mentioned chemical mechanical polishing composition. The composition for chemical mechanical polishing described above can polish a semiconductor substrate provided with a ruthenium-containing portion at high speed, and can reduce polishing scratches on the surface to be polished. In particular, the polishing method according to the present embodiment is suitable for polishing a semiconductor substrate on which a ruthenium film, which is a next-generation semiconductor material, is applied as a base of a copper film. Hereinafter, a specific example of the polishing method according to the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.

2.1.被処理体
図2は、本実施形態に係る研磨方法の使用に適した被処理体を模式的に示した断面図である。被処理体100は、以下の工程(1)ないし(4)を経ることにより形成される。
2.1. The object to be processed FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an object to be processed suitable for use in the polishing method according to the present embodiment. The object to be processed 100 is formed by going through the following steps (1) to (4).

(1)まず、図2に示すように、基体10を用意する。基体10は、例えばシリコン基板とその上に形成された酸化シリコン膜とから構成されていてもよい。さらに、基体10には、(図示しない)トランジスタ等の機能デバイスが形成されていてもよい。次に、基体10の上に、熱酸化法を用いて絶縁膜である酸化シリコン膜12を形成する。 (1) First, as shown in FIG. 2, the substrate 10 is prepared. The substrate 10 may be composed of, for example, a silicon substrate and a silicon oxide film formed on the silicon substrate. Further, a functional device such as a transistor (not shown) may be formed on the substrate 10. Next, a silicon oxide film 12 which is an insulating film is formed on the substrate 10 by a thermal oxidation method.

(2)次いで、酸化シリコン膜12をパターニングする。得られたパターンをマスクとして、フォトリソグラフィー法により酸化シリコン膜12に配線用溝14を形成する。 (2) Next, the silicon oxide film 12 is patterned. Using the obtained pattern as a mask, a wiring groove 14 is formed in the silicon oxide film 12 by a photolithography method.

(3)次いで、酸化シリコン膜12の表面及び配線用溝14の内壁面にルテニウム膜16を形成する。ルテニウム膜16は、例えば、ルテニウムプレカーサを用いた化学気相成長法(CVD)や原子層堆積法(ALD)、又はスパッタリング等の物理気相堆積法(P
VD)により形成することができる。
(3) Next, the ruthenium film 16 is formed on the surface of the silicon oxide film 12 and the inner wall surface of the wiring groove 14. The ruthenium film 16 is formed by, for example, a chemical vapor deposition method (CVD) or an atomic layer deposition method (ALD) using a ruthenium precursor, or a physical vapor phase deposition method (P) such as sputtering.
It can be formed by VD).

(4)次いで、化学蒸着法又は電気めっき法により、10,000〜15,000Åの銅膜18を堆積させる。銅膜18の材料としては、純度の高い銅だけでなく、銅を含有する合金を使用することもできる。銅を含有する合金中の銅含有量としては、95質量%以上であることが好ましい。 (4) Next, a copper film 18 of 10,000 to 15,000 Å is deposited by a chemical vapor deposition method or an electroplating method. As the material of the copper film 18, not only high-purity copper but also an alloy containing copper can be used. The copper content in the copper-containing alloy is preferably 95% by mass or more.

2.2.研磨方法
2.2.1.第1研磨工程
図3は、第1研磨工程終了時での被処理体100を模式的に示した断面図である。図3に示すように、第1研磨工程は、銅膜用の化学機械研磨用組成物を用いてルテニウム膜16が露出するまで銅膜18を研磨する工程である。
2.2. Polishing method 2.2.1. First Polishing Step FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an object to be processed 100 at the end of the first polishing step. As shown in FIG. 3, the first polishing step is a step of polishing the copper film 18 using a chemical mechanical polishing composition for a copper film until the ruthenium film 16 is exposed.

2.2.2.第2研磨工程
図4は、第2研磨工程終了時での被処理体100を模式的に示した断面図である。図4に示すように、第2研磨工程は、上述の化学機械研磨用組成物を用いて酸化シリコン膜12、ルテニウム膜16及び銅膜18を研磨する工程である。第2研磨工程では、上述の化学機械研磨用組成物を用いるので、ルテニウムを含有する部位を備えた半導体基板を高速研磨でき、かつ、被研磨面の研磨傷を低減することができる。
2.2.2. The second polishing step FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the object to be processed 100 at the end of the second polishing step. As shown in FIG. 4, the second polishing step is a step of polishing the silicon oxide film 12, the ruthenium film 16, and the copper film 18 using the above-mentioned chemical mechanical polishing composition. Since the above-mentioned composition for chemical mechanical polishing is used in the second polishing step, the semiconductor substrate provided with the ruthenium-containing portion can be polished at high speed, and polishing scratches on the surface to be polished can be reduced.

2.3.化学機械研磨装置
上述の第1研磨工程及び第2研磨工程には、例えば図5に示すような研磨装置200を用いることができる。図5は、研磨装置200を模式的に示した斜視図である。上述の第1研磨工程及び第2研磨工程は、スラリー供給ノズル42からスラリー(化学機械研磨用組成物)44を供給し、かつ研磨布46が貼付されたターンテーブル48を回転させながら、半導体基板50を保持したキャリアーヘッド52を当接させることにより行う。なお、図5には、水供給ノズル54およびドレッサー56も併せて示してある。
2.3. Chemical mechanical polishing apparatus For the first polishing step and the second polishing step described above, for example, the polishing apparatus 200 as shown in FIG. 5 can be used. FIG. 5 is a perspective view schematically showing the polishing apparatus 200. In the first polishing step and the second polishing step described above, the semiconductor substrate is supplied with the slurry (composition for chemical mechanical polishing) 44 from the slurry supply nozzle 42, and the turntable 48 to which the polishing pad 46 is attached is rotated. This is performed by bringing the carrier head 52 holding the 50 into contact with the carrier head 52. Note that FIG. 5 also shows the water supply nozzle 54 and the dresser 56.

キャリアーヘッド52の研磨荷重は、0.7〜70psiの範囲内で選択することができ、好ましくは1.5〜35psiである。また、ターンテーブル48及びキャリアーヘッド52の回転数は10〜400rpmの範囲内で適宜選択することができ、好ましくは30〜150rpmである。スラリー供給ノズル42から供給されるスラリー(化学機械研磨用組成物)44の流量は、10〜1,000mL/分の範囲内で選択することができ、好ましくは50〜400mL/分である。 The polishing load of the carrier head 52 can be selected in the range of 0.7 to 70 psi, preferably 1.5 to 35 psi. The rotation speed of the turntable 48 and the carrier head 52 can be appropriately selected within the range of 10 to 400 rpm, and is preferably 30 to 150 rpm. The flow rate of the slurry (composition for chemical mechanical polishing) 44 supplied from the slurry supply nozzle 42 can be selected within the range of 10 to 1,000 mL / min, and is preferably 50 to 400 mL / min.

市販の研磨装置としては、例えば、荏原製作所社製、型式「EPO−112」、「EPO−222」;ラップマスターSFT社製、型式「LGP−510」、「LGP−552」;アプライドマテリアル社製、型式「Mirra」、「Reflexion」;G&P
TECHNOLOGY社製、型式「POLI−400L」;AMAT社製、型式「Reflexion LK」等が挙げられる。
Examples of commercially available polishing equipment include, for example, Ebara Corporation, model "EPO-112", "EPO-222"; Lapmaster SFT, model "LGP-510", "LGP-552"; Applied Materials. , Model "Mirra", "Reflection"; G & P
TECHNOLOGY, model "POLI-400L"; AMAT, model "Reflection LK" and the like.

3.実施例
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。なお、本実施例における「部」及び「%」は、特に断らない限り質量基準である。
3. 3. Examples The present invention will be described below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples. In addition, "part" and "%" in this Example are based on mass unless otherwise specified.

3.1.砥粒の調製
<チタニア粒子Aの調製>
常法により硫酸チタニル溶液を加水分解し、ろ過洗浄した含水二酸化チタンケーキ(二酸化チタン水和物)35kg(TiO換算で10kg)に、48%水酸化ナトリウム水
溶液40kgを攪拌しながら投入し、その後加熱して95〜105℃の温度範囲で2時間攪拌した。次いで、このスラリーをろ過し、十分洗浄することにより塩基処理された二酸化チタン水和物を得た。この水和物ケーキに水を加えてスラリー化し、TiO換算濃度で110g/Lに調整した。このスラリーを攪拌しながら、35%塩酸を添加して、pH7.0とした。
3.1. Abrasive grain preparation <Preparation of titania particles A>
A 48% sodium hydroxide aqueous solution was added to 35 kg (10 kg in terms of TIO 2 ) of a hydrous titanium dioxide cake (titanium dioxide hydrate) that had been filtered and washed by hydrolyzing the titanyl sulfate solution by a conventional method with stirring. It was heated and stirred in a temperature range of 95 to 105 ° C. for 2 hours. The slurry was then filtered and washed thoroughly to give a base-treated titanium dioxide hydrate. Water was added to this hydrate cake to form a slurry, and the concentration was adjusted to 110 g / L in terms of TiO 2 . While stirring this slurry, 35% hydrochloric acid was added to adjust the pH to 7.0.

次いで、上記スラリーを50℃に加熱し、この温度で35%塩酸12.5kgを、攪拌しながら4分間で添加し、塩酸添加後のスラリー中における塩酸濃度が、100%HCl換算で40g/Lとなるようにした。塩酸添加速度は、TiO換算1kg当たり0.11kg/分とした。塩酸添加に引き続き、スラリーの加熱を行い、100℃で2時間熟成した。熟成後のスラリーに、アンモニア水を添加してpH=6.5に中和した。その後、ろ過、水洗を行い、乾燥後粉砕して、チタニア粒子Aを得た。 Next, the slurry was heated to 50 ° C., and 12.5 kg of 35% hydrochloric acid was added at this temperature for 4 minutes with stirring, and the hydrochloric acid concentration in the slurry after addition of hydrochloric acid was 40 g / L in terms of 100% HCl. It was made to become. The hydrochloric acid addition rate was 0.11 kg / min per 1 kg of TiO 2 . Following the addition of hydrochloric acid, the slurry was heated and aged at 100 ° C. for 2 hours. Ammonia water was added to the aging slurry to neutralize it to pH = 6.5. Then, it was filtered and washed with water, dried and then pulverized to obtain titania particles A.

<アルミニウム含有チタニア粒子B〜Fの調製>
上記で得られたチタニア粒子Aと水酸化アルミニウムを混合した粉末を100〜1000℃の範囲で焼成した後に、1%水酸化ナトリウム水溶液を用いて洗浄した。次いで、水洗、乾燥、粉砕してアルミニウム含有チタニア粒子を得た。この際、チタニア粒子Aと水酸化アルミニウムの混合割合を適宜調整し、焼成温度を100〜1000℃の範囲内で適宜変更することにより、表1〜表2に示すアルミニウム含有チタニア粒子B〜Fをそれぞれ得た。
<Preparation of aluminum-containing titania particles B to F>
The powder obtained by mixing the titania particles A and aluminum hydroxide obtained above was calcined in the range of 100 to 1000 ° C., and then washed with a 1% aqueous sodium hydroxide solution. Then, it was washed with water, dried and pulverized to obtain aluminum-containing titania particles. At this time, the aluminum-containing titania particles B to F shown in Tables 1 to 2 are obtained by appropriately adjusting the mixing ratio of the titania particles A and aluminum hydroxide and appropriately changing the firing temperature within the range of 100 to 1000 ° C. I got each.

<アルミニウム含有チタニア粒子Gの調製>
常法により硫酸チタニル溶液を加水分解し、ろ過洗浄した含水二酸化チタンケーキ(二酸化チタン水和物)35kg(TiO換算で10kg)に、48%水酸化ナトリウム水溶液40kgを攪拌しながら投入し、その後加熱して95〜105℃の温度範囲で2時間撹拌した。次いで、このスラリーをろ過し、十分洗浄することにより塩基処理されたチタニア粒子を得た。得られたチタニア粒子と水酸化アルミニウムを混合した粉末を100〜1000℃の範囲で焼成した後に、1%水酸化ナトリウム水溶液を用いて洗浄した。次いで、水洗、乾燥、粉砕してアルミニウム含有チタニア粒子を得た。この際、チタニア粒子と水酸化アルミニウムの混合割合を適宜調整し、焼成温度を100〜1000℃の範囲内で適宜変更することにより、表2に示すアルミニウム含有チタニア粒子Gを得た。
<Preparation of aluminum-containing titania particles G>
A 48% sodium hydroxide aqueous solution was added to 35 kg (10 kg in terms of TIO 2 ) of a hydrous titanium dioxide cake (titanium dioxide hydrate) that had been filtered and washed by hydrolyzing the titanyl sulfate solution by a conventional method with stirring. It was heated and stirred in a temperature range of 95 to 105 ° C. for 2 hours. The slurry was then filtered and washed thoroughly to give base-treated titania particles. The obtained powder obtained by mixing the titania particles and aluminum hydroxide was calcined in the range of 100 to 1000 ° C., and then washed with a 1% aqueous sodium hydroxide solution. Then, it was washed with water, dried and pulverized to obtain aluminum-containing titania particles. At this time, the mixing ratio of the titania particles and aluminum hydroxide was appropriately adjusted, and the firing temperature was appropriately changed within the range of 100 to 1000 ° C. to obtain the aluminum-containing titania particles G shown in Table 2.

<シリカ粒子>
シリカ粒子は、扶桑化学工業社製PL−3Lを使用した。
<Silica particles>
As the silica particles, PL-3L manufactured by Fuso Chemical Industry Co., Ltd. was used.

<アルミナ粒子>
アルミナ粒子は、住友化学社製アドバンストアルミナシリーズAA−04を使用した。
<Alumina particles>
As the alumina particles, Advanced Alumina Series AA-04 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd. was used.

3.2.砥粒の物性評価
3.2.1.砥粒のX線回折強度測定
上記で得られた砥粒の粉末X線回折パターンにおける回折強度が最大となるピーク部分の半値幅は以下の条件で測定した。
(測定条件)
・装置:全自動水平型多目的X線回折装置SmartLab(リガク社製)
・X線源:3kw(水冷)
・測定方法:ガラス試料板を用いた粉末法
・スリット:PB中分解能
・測定範囲:15〜120deg
・ステップ:0.05deg
・スキャンスピード:0.5deg/min(連続)
3.2. Evaluation of physical properties of abrasive grains 3.2.1. Measurement of X-ray Diffraction Intensity of Abrasive Grains The half width of the peak portion where the diffraction intensity of the powder X-ray diffraction pattern of the abrasive grains obtained above is maximized was measured under the following conditions.
(Measurement condition)
-Device: Fully automatic horizontal multipurpose X-ray diffractometer SmartLab (manufactured by Rigaku)
・ X-ray source: 3 kW (water cooling)
-Measurement method: Powder method using a glass sample plate-Slit: PB medium resolution-Measurement range: 15-120 deg
-Step: 0.05 deg
-Scan speed: 0.5 deg / min (continuous)

3.2.2.アルミニウム含有チタニア粒子のTi/Alモル比分析
上記で得られたアルミニウム含有チタニア粒子を希フッ化水素酸に溶解させて、ICP−MS(パーキンエルマー社製、型番「ELAN DRC PLUS」)にてチタン(Ti)とアルミニウム(Al)の含有量を測定し、モル比(MTi/MAl)を算出した。
3.2.2. Ti / Al molar ratio analysis of aluminum-containing titania particles The aluminum-containing titania particles obtained above are dissolved in dilute hydrofluoric acid and titanium is used by ICP-MS (Perkin Elmer, model number "ELAN DRC PLUS"). The contents of (Ti) and aluminum (Al) were measured, and the molar ratio (M Ti / M Al ) was calculated.

3.2.3.砥粒の長径(Rmax)及び短径(Rmin)の測定
上記で得られた砥粒を乾燥させて透過型電子顕微鏡により観察した。上記で示した判断手法により、50個の砥粒の長径(Rmax)と短径(Rmin)を測定し、長径(Rmax)と短径(Rmin)の平均値を算出した後、長径と短径との比率(Rmax/Rmin)を計算して求めた。
3.2.3. Measurement of major axis (Rmax) and minor axis (Rmin) of abrasive grains The abrasive grains obtained above were dried and observed with a transmission electron microscope. The major axis (Rmax) and minor axis (Rmin) of 50 abrasive grains are measured by the judgment method shown above, the average value of the major axis (Rmax) and minor axis (Rmin) is calculated, and then the major axis and minor axis are calculated. The ratio (Rmax / Rmin) with and was calculated and obtained.

3.3.化学機械研磨用組成物の調製
上記で作製等した砥粒の所定量を容量1Lのポリエチレン製の瓶に添加し、その後表1〜表2に示す組成となるように各成分を添加し、さらに必要に応じてアンモニアを加えて表1〜表2に示すpHとなるように調整し、全成分の合計量が100質量部となるように純水で調整することにより、各実施例及び各比較例の化学機械研磨用組成物を調製した。
3.3. Preparation of Composition for Chemical Mechanical Polishing A predetermined amount of the abrasive grains prepared above is added to a polyethylene bottle having a capacity of 1 L, and then each component is added so as to have the compositions shown in Tables 1 and 2, and further. If necessary, ammonia was added to adjust the pH to the pH shown in Tables 1 and 2, and the pH was adjusted to 100 parts by mass so that the total amount of all the components was 100 parts by mass. An example chemical mechanical polishing composition was prepared.

3.4.評価方法
3.4.1.研磨速度評価
上記で得られた化学機械研磨用組成物を用いて、直径8インチのルテニウム膜50nm付きウェハを被研磨体として、下記の研磨条件で30秒の化学機械研磨試験を行った。
3.4. Evaluation method 3.4.1. Polishing Speed Evaluation Using the composition for chemical mechanical polishing obtained above, a chemical mechanical polishing test was carried out for 30 seconds under the following polishing conditions using a wafer with a ruthenium film of 8 inches in diameter having a ruthenium film of 50 nm as an object to be polished.

<研磨条件>
・研磨装置:G&P TECHNOLOGY社製、型式「POLI−400L」
・研磨パッド:富士紡績社製、「多硬質ポリウレタン製パッド;H800−type1(3−1S)775」
・化学機械研磨用組成物供給速度:100mL/分
・定盤回転数:100rpm
・ヘッド回転数:90rpm
・ヘッド押し付け圧:2psi
・研磨速度(Å/分)=(研磨前の膜の厚さ−研磨後の膜の厚さ)/研磨時間
<Polishing conditions>
-Polishing equipment: G & P TECHNOLOGY, model "POLI-400L"
-Polishing pad: "Multi-hard polyurethane pad; H800-type1 (3-1S) 775" manufactured by Fuji Spinning Co., Ltd.
・ Composition supply speed for chemical mechanical polishing: 100 mL / min ・ Surface plate rotation speed: 100 rpm
・ Head rotation speed: 90 rpm
・ Head pressing pressure: 2psi
・ Polishing speed (Å / min) = (thickness of film before polishing-thickness of film after polishing) / polishing time

なお、ルテニウム膜の厚さは、抵抗率測定機(NPS社製、型式「Σ−5」)により直流4探針法で抵抗を測定し、このシート抵抗値とルテニウムの体積抵抗率から下記式によって算出した。
膜の厚さ(Å)=[ルテニウム膜の体積抵抗率(Ω・m)÷シート抵抗値(Ω)]×1010
The thickness of the ruthenium film is measured by the DC4 probe method using a resistivity measuring machine (manufactured by NPS, model "Σ-5"), and the following formula is used from the sheet resistance value and the volume resistivity of ruthenium. Calculated by
Film thickness (Å) = [Volume resistivity of ruthenium film (Ω ・ m) ÷ Sheet resistance value (Ω)] × 10 10

研磨速度の評価基準は下記の通りである。ルテニウム膜の研磨速度及びその評価結果を表1〜表2に併せて示す。
(評価基準)
・研磨速度が350Å/分以上である場合、実際の半導体研磨において研磨時間を大幅に短縮できるため、非常に良好と判断する。
・研磨速度が300Å/分以上350Å/分未満である場合、実際の半導体研磨において他材料膜の研磨との速度バランスが容易に確保でき、実用に供することができるため、良好と判断する。
・研磨速度が300Å/分未満である場合、研磨速度が小さく、実用に供することが困難であるため、不良と判断する。
The evaluation criteria for polishing speed are as follows. The polishing rate of the ruthenium film and its evaluation results are also shown in Tables 1 and 2.
(Evaluation criteria)
-When the polishing speed is 350 Å / min or more, the polishing time can be significantly shortened in actual semiconductor polishing, so it is judged to be very good.
-When the polishing speed is 300 Å / min or more and less than 350 Å / min, it is judged to be good because the speed balance with the polishing of other material films can be easily secured in the actual semiconductor polishing and it can be put into practical use.
-If the polishing rate is less than 300 Å / min, the polishing rate is low and it is difficult to put it into practical use, so it is judged to be defective.

3.4.2.欠陥評価
被研磨体である直径12インチのシリコンオキサイド膜付きウェハを、下記条件で1分間研磨を行った。
<研磨条件>
・研磨装置:AMAT社製、型式「Reflexion LK」
・研磨パッド:富士紡績社製、「多硬質ポリウレタン製パッド;H800−type1(3−1S)775」
・化学機械研磨用組成物供給速度:300mL/分
・定盤回転数:100rpm
・ヘッド回転数:90rpm
・ヘッド押し付け圧:2psi
3.4.2. Defect Evaluation A wafer with a silicon oxide film having a diameter of 12 inches, which is the object to be polished, was polished for 1 minute under the following conditions.
<Polishing conditions>
-Abrading device: AMAT, model "Reflection LK"
-Polishing pad: "Multi-hard polyurethane pad; H800-type1 (3-1S) 775" manufactured by Fuji Spinning Co., Ltd.
-Chemical mechanical polishing composition supply speed: 300 mL / min-Surface plate rotation speed: 100 rpm
・ Head rotation speed: 90 rpm
・ Head pressing pressure: 2psi

上記で研磨が行われたシリコンオキサイド膜付きウェハについて、欠陥検査装置(ケーエルエー・テンコール社製、型式「Surfscan SP1」)を用いて、90nm以上の大きさの欠陥総数をカウントした。評価基準は以下の通りである。ウェハ当たりの欠陥総数及びその評価結果を表1〜表2に併せて示す。
(評価基準)
・ウェハ当たりの欠陥総数が200個未満である場合、半導体の良品歩留まりが大幅に向上するため、非常に良好と判断する。
・ウェハ当たりの欠陥総数が200個以上500個未満である場合、実用に供することができるため、良好と判断する。
・ウェハ当たりの欠陥総数が500個以上である場合、半導体の良品歩留まりが極端に悪化するため、実用に供することができず、不良と判断する。
With respect to the wafer with the silicon oxide film polished above, the total number of defects having a size of 90 nm or more was counted using a defect inspection device (manufactured by KLA Tencor Co., Ltd., model “Surfscan SP1”). The evaluation criteria are as follows. The total number of defects per wafer and the evaluation results thereof are also shown in Tables 1 and 2.
(Evaluation criteria)
-If the total number of defects per wafer is less than 200, it is judged to be very good because the yield of non-defective semiconductors is significantly improved.
-When the total number of defects per wafer is 200 or more and less than 500, it is judged to be good because it can be put into practical use.
-If the total number of defects per wafer is 500 or more, the yield of non-defective semiconductors is extremely deteriorated, so that it cannot be put into practical use and is judged to be defective.

3.5.評価結果
表1〜表2に、各実施例及び各比較例の化学機械研磨用組成物の組成並びに各評価結果を示す。
3.5. Evaluation Results Tables 1 and 2 show the compositions of the chemical mechanical polishing compositions of Examples and Comparative Examples and the evaluation results.

Figure 2021019112
Figure 2021019112

Figure 2021019112
Figure 2021019112

表1〜表2中の各成分は、それぞれ下記の商品又は試薬を用いた。
<砥粒>
・チタニア粒子A:上記で作製したチタニア粒子A
・アルミニウム含有チタニア粒子B〜G:上記で作製したアルミニウム含有チタニア粒子B〜G
・シリカ:扶桑化学工業社製、商品名「PL−3L」(19.5%水分散体)
・アルミナ:住友化学社製、アドバンストアルミナシリーズ商品名「AA−04」
なお、表中の砥粒の含有量は、水分散液の含有量ではなく、砥粒の質量に換算した含有量を表す。
<塩基性化合物>
・モノエタノールアミン:林純薬工業社製、商品名「エタノールアミン」
・イソプロピルアミン:東京化成工業社製、商品名「Isopropylamine」
・ベンジルアミン:東京化成工業社製、商品名「Benzylamine」
・ジグリコールアミン:東京化成工業社製、商品名「2−(2−Aminoethoxy)ethanol」
・メチルアミン:東京化成工業社製、商品名「Methylamine (ca. 40% in water, ca. 12mol/L)」(40%水溶液)
・エチレンジアミン:東京化成工業社製、商品名「Ethylenediamine Anhydrous」
・ドデシルアミノエチルアミノエチルグリシン:三洋化成工業社製、商品名「レボン S」(30%水溶液)
・水酸化カリウム:関東化学社製、商品名「KOH(水酸化カリウム水溶液)48%」
・アンモニア:三菱ガス化学社製、商品名「超純アンモニア水」(29%水溶液)
なお、表中の塩基性化合物の含有量は、水溶液の質量の含有量ではなく、塩基性化合物の質量に換算した含有量を表す。
<カルボン酸>
・酢酸:関東化学社製、商品名「酢酸」
・マロン酸:立山化成社製、商品名「マロン酸」
・酒石酸:扶桑化学工業社製、商品名「精製L−酒石酸」
・マレイン酸:扶桑化学工業社製、商品名「含水マレイン酸」
・トリフルオロ酢酸:東京化成工業社製、商品名「Trifluoroacetic Acid [Sequenation Reagent]」
・ポリアクリル酸:東亜合成株式会社製、商品名「ジュリマーAC−10L」、重量平均分子量(Mw)=50,000
・クエン酸:扶桑化学工業社製、商品名「精製クエン酸(結晶)L」
<酸化剤>
・過酸化水素:富士フイルム和光純薬社製、商品名「過酸化水素」(30%水溶液)
なお、表中の過酸化水素の含有量は、水溶液の質量の含有量ではなく、過酸化水素の質量に換算した含有量を表す。
<その他の添加剤>
・ドデシルベンゼンスルホン酸:東京化成工業社製、商品名「Alkylbenzenesulfonic Acid (soft type) (mixture)」(>95%水溶液)、有機酸
・ポリエチレングリコール:東邦化学工業社製、商品名「PEG−20000−40W」、重合平均分子量(Mw)=20,000(40%水溶液)、水溶性高分子
・p−トルエンスルホン酸:江南化工社製、商品名「PTS(パラトルエンスルホン酸)」、有機酸
・硝酸:関東化学社製、商品名「硝酸 1.38」(60−61%水溶液)、無機酸
・硫酸:関東化学社製、商品名「高純度硫酸(96%)」(96%水溶液)、無機酸
なお、表中のその他の成分の含有量は、水溶液の質量の含有量ではなく、その他の成分の質量に換算した含有量を表す。
The following products or reagents were used for each component in Tables 1 and 2.
<Abrasive grains>
-Titania particles A: Titania particles A prepared above
-Aluminum-containing titania particles B to G: Aluminum-containing titania particles B to G produced above.
-Silica: Made by Fuso Chemical Industry Co., Ltd., trade name "PL-3L" (19.5% aqueous dispersion)
-Alumina: Made by Sumitomo Chemical Co., Ltd., Advanced Alumina Series Product Name "AA-04"
The content of the abrasive grains in the table does not represent the content of the aqueous dispersion, but the content converted into the mass of the abrasive grains.
<Basic compound>
-Monoethanolamine: manufactured by Hayashi Junyaku Kogyo Co., Ltd., trade name "ethanolamine"
-Isopropylamine: Made by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., trade name "Isopropanolamine"
-Benzylamine: Made by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., trade name "Benzylamine"
-Diglycolamine: manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., trade name "2- (2-Aminoethoxy) ethanol"
-Methylamine: manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., trade name "Methylamine (ca. 40% in water, ca. 12 mol / L)" (40% aqueous solution)
-Ethylenediamine: Made by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., trade name "Ethylenediamine Anhydrous"
-Dodecylaminoethylaminoethylglycine: manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd., trade name "Levon S" (30% aqueous solution)
-Potassium hydroxide: Made by Kanto Chemical Co., Inc., trade name "KOH (potassium hydroxide aqueous solution) 48%"
・ Ammonia: Mitsubishi Gas Chemical Company, trade name "ultra-pure ammonia water" (29% aqueous solution)
The content of the basic compound in the table does not represent the content of the mass of the aqueous solution, but the content converted to the mass of the basic compound.
<Carboxylic acid>
・ Acetic acid: Made by Kanto Chemical Co., Inc., trade name "acetic acid"
・ Malonic acid: Made by Tateyama Kasei Co., Ltd., trade name "malonic acid"
-Tartaric acid: Made by Fuso Chemical Industry Co., Ltd., trade name "Purified L-tartaric acid"
-Maleic acid: Made by Fuso Chemical Industry Co., Ltd., trade name "hydrogenic anhydride"
-Trifluoroacetic acid: manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., trade name "Trifluoroacetic Acid [Sequation Reagent]"
-Polyacrylic acid: manufactured by Toagosei Co., Ltd., trade name "Julimer AC-10L", weight average molecular weight (Mw) = 50,000
-Citric acid: Made by Fuso Chemical Industry Co., Ltd., trade name "Purified citric acid (crystal) L"
<Oxidizing agent>
-Hydrogen peroxide: Made by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd., trade name "Hydrogen peroxide" (30% aqueous solution)
The content of hydrogen peroxide in the table does not represent the content of the mass of the aqueous solution, but the content converted to the mass of hydrogen peroxide.
<Other additives>
-Dodecylbenzenesulfonic acid: manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd., trade name "Alkylbenesulphonic Acid (soft type) (mixture)"(> 95% aqueous solution), organic acid / polyethylene glycol: manufactured by Toho Chemical Industry Co., Ltd., trade name "PEG-20000" -40W ", average molecular weight of polymerization (Mw) = 20,000 (40% aqueous solution), water-soluble polymer, p-toluenesulfonic acid: manufactured by Gangnam Kako Co., Ltd., trade name" PTS (paratoluenesulfonic acid) ", organic acid -Nitrate: manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd., trade name "Nite 1.38" (60-61% aqueous solution), inorganic acid / sulfuric acid: manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd., trade name "high-purity sulfuric acid (96%)" (96% aqueous solution) , Inorganic acid The content of other components in the table does not represent the content of the mass of the aqueous solution, but the content converted to the mass of the other components.

実施例1〜12では、(A)アルミニウムを含有するチタニア粒子と、(B)塩基性化合物とを含有し、pHが7以上13以下である、本発明に係る化学機械研磨用組成物を用いることで、ルテニウム膜を高速研磨でき、かつ、シリコンオキサイド被研磨面における
研磨傷を低減できることがわかった。
In Examples 1 to 12, the composition for chemical mechanical polishing according to the present invention, which contains (A) aluminum-containing titania particles and (B) a basic compound and has a pH of 7 or more and 13 or less, is used. As a result, it was found that the ruthenium film can be polished at high speed and the polishing scratches on the surface to be polished with silicon oxide can be reduced.

比較例1は、アルミニウムを含有しないチタニア粒子を用い、かつ、(B)塩基性化合物を含有しない化学機械研磨用組成物を用いた例である。かかる比較例では、ルテニウム膜を高速研磨できず、また欠陥評価では、シリコンオキサイド被研磨面の表面に多数の欠陥が認められた。 Comparative Example 1 is an example in which titanium particles containing no aluminum are used and (B) a composition for chemical mechanical polishing containing no basic compound is used. In such a comparative example, the ruthenium film could not be polished at high speed, and in the defect evaluation, a large number of defects were found on the surface of the silicon oxide polished surface.

比較例2〜3は、(A)成分以外の砥粒を用い、(B)塩基性化合物を含有する化学機械研磨用組成物を用いた例である。砥粒としてシリカ又はアルミナを用いた場合には、ルテニウム膜を高速研磨することができなかった。また、砥粒としてアルミナを用いた化学機械研磨用組成物を用いた場合、欠陥評価においてシリコンオキサイド被研磨面の表面に多数の欠陥が認められた。 Comparative Examples 2 and 3 are examples in which abrasive grains other than the component (A) are used and (B) a composition for chemical mechanical polishing containing a basic compound is used. When silica or alumina was used as the abrasive grains, the ruthenium film could not be polished at high speed. In addition, when a composition for chemical mechanical polishing using alumina was used as the abrasive grains, a large number of defects were found on the surface of the silicon oxide polished surface in the defect evaluation.

比較例4〜5は、(A)アルミニウム含有チタニア粒子を用い、(B)塩基性化合物を含有しない化学機械研磨用組成物を使用した例である。かかる比較例では、ルテニウム膜の高速研磨とシリコンオキサイド被研磨面における欠陥抑制をバランスよく達成することができなかった。 Comparative Examples 4 to 5 are examples in which (A) aluminum-containing titania particles are used and (B) a composition for chemical mechanical polishing that does not contain a basic compound is used. In such a comparative example, high-speed polishing of the ruthenium film and defect suppression on the surface to be polished with silicon oxide could not be achieved in a well-balanced manner.

比較例6は、実施例1の組成においてpHを6.0に調整した例である。かかる比較例では、アルミニウム含有チタニア粒子が凝集して粒子肥大となったために、ルテニウム膜を高速研磨することができなかった。 Comparative Example 6 is an example in which the pH was adjusted to 6.0 in the composition of Example 1. In such a comparative example, the ruthenium film could not be polished at high speed because the aluminum-containing titania particles aggregated and the particles became enlarged.

以上の結果から、本発明に係る化学機械研磨用組成物によれば、ルテニウムを含有する部位を備える半導体基板を高速研磨でき、かつ、被研磨面の研磨傷を低減できることがわかる。 From the above results, it can be seen that the composition for chemical mechanical polishing according to the present invention can polish a semiconductor substrate having a ruthenium-containing portion at high speed and reduce polishing scratches on the surface to be polished.

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible. For example, the present invention includes a configuration substantially the same as the configuration described in the embodiment (for example, a configuration having the same function, method and result, or a configuration having the same purpose and effect). The present invention also includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. The present invention also includes a configuration that exhibits the same effects as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. The present invention also includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.

1…アルミニウムを含有するチタニア粒子、10…基体、12…酸化シリコン膜、14…配線用溝、16…ルテニウム膜、18…銅膜、42…スラリー供給ノズル、44…スラリー(化学機械研磨用組成物)、46…研磨布、48…ターンテーブル、50…半導体基板、52…キャリアーヘッド、54…水供給ノズル、56…ドレッサー、100…被処理体、200…研磨装置 1 ... Aluminum-containing titania particles, 10 ... Base, 12 ... Silicon oxide film, 14 ... Wiring groove, 16 ... Luthenium film, 18 ... Copper film, 42 ... Slurry supply nozzle, 44 ... Slurry (composition for chemical mechanical polishing) Things), 46 ... polishing cloth, 48 ... turntable, 50 ... semiconductor substrate, 52 ... carrier head, 54 ... water supply nozzle, 56 ... dresser, 100 ... object to be treated, 200 ... polishing device

Claims (8)

(A)アルミニウムを含有するチタニア粒子と、
(B)塩基性化合物と、
を含有し、pHが7以上13以下である、化学機械研磨用組成物。
(A) Titania particles containing aluminum and
(B) Basic compounds and
A composition for chemical mechanical polishing, which contains 7 or more and has a pH of 7 or more and 13 or less.
前記(A)成分の含有量をM[質量%]、前記(B)成分の含有量をM[質量%]としたときに、M/Mの値が0.1〜10である、請求項1に記載の化学機械研磨用組成物。 Wherein (A) M A [wt%] of the content of the component, the content of the component (B) is taken as M B [wt%], the value of M A / M B is 0.1 to 10 The composition for chemical mechanical polishing according to claim 1. 化学機械研磨用組成物の全質量に対して、前記(A)成分の含有量が0.1質量%以上10質量%以下である、請求項1または請求項2に記載の化学機械研磨用組成物。 The composition for chemical mechanical polishing according to claim 1 or 2, wherein the content of the component (A) is 0.1% by mass or more and 10% by mass or less with respect to the total mass of the composition for chemical mechanical polishing. Stuff. さらに、(C)カルボン酸を含有する、請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の化学機械研磨用組成物。 The composition for chemical mechanical polishing according to any one of claims 1 to 3, further comprising (C) a carboxylic acid. さらに、(D)酸化剤を含有する、請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の化学機械研磨用組成物。 The composition for chemical mechanical polishing according to any one of claims 1 to 4, further comprising (D) an oxidizing agent. (A)アルミニウムを含有するチタニア粒子と、(B)塩基性化合物とを液状媒体に添加する工程を含む、化学機械研磨用組成物の製造方法。 A method for producing a composition for chemical mechanical polishing, which comprises a step of adding (A) aluminum-containing titania particles and (B) a basic compound to a liquid medium. 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の化学機械研磨用組成物を用いて半導体基板を研磨する工程を含む、研磨方法。 A polishing method comprising a step of polishing a semiconductor substrate using the chemical mechanical polishing composition according to any one of claims 1 to 5. 前記半導体基板がルテニウムを含有する部位を備える、請求項7に記載の研磨方法。 The polishing method according to claim 7, wherein the semiconductor substrate includes a portion containing ruthenium.
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