JP6015931B2 - Chemical mechanical polishing aqueous dispersion and chemical mechanical polishing method - Google Patents

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Description

本発明は、化学機械研磨用水系分散体および化学機械研磨方法に関する。   The present invention relates to an aqueous dispersion for chemical mechanical polishing and a chemical mechanical polishing method.

近年、LSIの高集積化、高性能化に伴って新たな微細加工技術が開発されている。化学機械研磨(以下、「CMP」ともいう)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(ダマシン配線)形成において頻繁に利用されている技術である。このダマシン配線技術は、配線工程の簡略化、歩留まりと信頼性の向上が可能であり、今後その適用が拡大していくと考えられる。現在、ダマシン配線の配線金属としては、高速ロジックデバイスでは、低抵抗を理由に、銅が主に用いられている。また、DRAMに代表されるメモリデバイスでは、低コスト化を理由に、アルミニウムまたはタングステンが配線金属として用いられている。低抵抗および低コスト化の双方を勘案すると、いずれのデバイスにおいてもダマシン配線金属として、銅に次ぐ低い抵抗を有するアルミニウムおよびその合金が有力視されている。   In recent years, new microfabrication techniques have been developed along with higher integration and higher performance of LSIs. Chemical mechanical polishing (hereinafter also referred to as “CMP”) is one of them, and is frequently used in LSI manufacturing processes, particularly in the formation of interlayer insulating films, metal plugs, and embedded wiring (damascene wiring) in the multilayer wiring forming process. It is a technology that is being used. This damascene wiring technology can simplify the wiring process, improve yield and reliability, and its application is expected to expand in the future. Currently, copper is mainly used as a wiring metal for damascene wiring because of low resistance in high-speed logic devices. Further, in a memory device typified by a DRAM, aluminum or tungsten is used as a wiring metal for the purpose of cost reduction. Considering both low resistance and cost reduction, aluminum and alloys thereof having the second lowest resistance after copper are considered promising as damascene wiring metals in any device.

アルミニウム膜およびその合金膜(以下、単に「アルミニウム膜」ともいう)を研磨するための研磨用組成物は、適切な研磨速度やスクラッチ耐性等の種々の性能が要求される。さらに、近年の配線の更なる微細化に伴ってアルミニウム膜表面に発生する微小な孔食が大きな問題となっている。この孔食とは、ある特定の場所だけに集中して腐食孔を生じ、他の大部分は不動態を保っているような腐食形態のことをいう。この孔食が発生する理由は、アルミニウム膜表面の結晶粒界部などの不一様な箇所が部分的に腐食してしまうためであると考えられており(例えば非特許文献1参照)、特に酸性領域において顕著に発生することが知られている。   A polishing composition for polishing an aluminum film and an alloy film thereof (hereinafter also simply referred to as “aluminum film”) is required to have various performances such as an appropriate polishing rate and scratch resistance. Furthermore, micro pitting corrosion occurring on the surface of the aluminum film with the further miniaturization of wiring in recent years has become a big problem. This pitting corrosion refers to a corrosion form in which corrosion holes are concentrated only in a specific place, and most of the others remain passive. The reason why this pitting corrosion occurs is considered to be because non-uniform portions such as crystal grain boundaries on the surface of the aluminum film are partially corroded (see, for example, Non-Patent Document 1). It is known that it occurs remarkably in the acidic region.

このような孔食を抑制するための研磨用組成物としては、例えばアゾール構造を有する化合物を添加した研磨用組成物が提案されている(例えば特許文献1参照)。また、アルミニウム膜表面の孔食を抑制する手段としては、防食剤を添加する方法が提案されている(例えば特許文献2〜3参照)。   As a polishing composition for suppressing such pitting corrosion, for example, a polishing composition to which a compound having an azole structure is added has been proposed (see, for example, Patent Document 1). As a means for suppressing pitting corrosion on the surface of the aluminum film, a method of adding an anticorrosive agent has been proposed (see, for example, Patent Documents 2 to 3).

特許第4263397号公報Japanese Patent No. 4263397 特公平6−80192号公報Japanese Patent Publication No. 6-80192 特開平10−168585号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-168585

木島茂、「防食工学」、日刊工業新聞社、1982年Shigeru Kijima, “Anti-corrosion Engineering”, Nikkan Kogyo Shimbun, 1982

しかしながら、特許文献1に記載の研磨用組成物は、主に銅膜を研磨対象としており、アルミニウム膜で発生する腐食に対する抑制効果は十分ではなかった。また、特許文献2〜3に記載の一般的なアルミニウム用防食剤は、腐食抑制のための強力な保護膜を形成するため、保護膜の形成と保護膜および研磨対象物の除去とを両立させる必要のある半導体装置製造用の化学機械研磨用水系分散体に適用することは容易ではなかった。そのため、次世代LSIに要求されるアルミニウム膜に対する十分な研磨速度と孔食抑制の両立とを達成し得る新たな化学機械研磨用水系分散体の開発が求められていた。   However, the polishing composition described in Patent Document 1 mainly has a copper film as an object to be polished, and the effect of suppressing corrosion generated in the aluminum film is not sufficient. Moreover, since the general anticorrosive agent for aluminum of patent documents 2-3 forms the strong protective film for corrosion suppression, it forms both formation of a protective film, and removal of a protective film and a grinding | polishing target object. It was not easy to apply to a chemical mechanical polishing aqueous dispersion for manufacturing semiconductor devices. Therefore, there has been a demand for the development of a new chemical mechanical polishing aqueous dispersion that can achieve both a sufficient polishing rate for aluminum films required for next-generation LSIs and suppression of pitting corrosion.

そこで、本発明に係る幾つかの態様は、上記課題を解決することで、半導体装置製造工程において、アルミニウム膜およびその合金膜に対する高研磨速度と孔食発生の抑制とを両立できると共に、良好な貯蔵安定性を有する化学機械研磨用水系分散体、およびそれを用いた化学機械研磨方法を提供するものである。   Therefore, some aspects of the present invention solve the above-described problems, and in the semiconductor device manufacturing process, can achieve both a high polishing rate and suppression of pitting corrosion for the aluminum film and its alloy film, and are favorable. An aqueous dispersion for chemical mechanical polishing having storage stability and a chemical mechanical polishing method using the same are provided.

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、以下の態様または適用例として実現することができる。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following aspects or application examples.

[適用例1]
本発明に係る化学機械研磨用水系分散体の一態様は、
(A)砥粒0.1質量%以上10質量%以下と、
(B)炭素数1〜5の有機基を有するリン酸エステル化合物0.01質量%以上2質量%以下と、
を含有し、pHが1以上4以下である。
[Application Example 1]
One aspect of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present invention is:
(A) 0.1 to 10% by weight of abrasive grains,
(B) 0.01 to 2% by mass of a phosphoric acid ester compound having an organic group having 1 to 5 carbon atoms;
And pH is 1 or more and 4 or less.

[適用例2]
適用例1の化学機械研磨用水系分散体において、
前記(B)リン酸エステル化合物が、リン酸モノエステルおよびリン酸ジエステルから選択される少なくとも1種を含有することができる。
[Application Example 2]
In the chemical mechanical polishing aqueous dispersion of Application Example 1,
The (B) phosphate ester compound may contain at least one selected from a phosphate monoester and a phosphate diester.

[適用例3]
適用例1または適用例2の化学機械研磨用水系分散体において、
前記(B)リン酸エステル化合物が下記一般式(1)で表される化合物であることができる。
(RO)(RO)−PO(OH) ・・・・・(1)
(上記式(1)中、Rはヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜5の有機基を表し、Rは水素原子またはヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜5の有機基を表す。)
[Application Example 3]
In the chemical mechanical polishing aqueous dispersion of Application Example 1 or Application Example 2,
The (B) phosphate ester compound may be a compound represented by the following general formula (1).
(R 1 O) (R 2 O) —PO (OH) (1)
In (the above formula (1), R 1 represents an organic group of 1 to 5 carbon atoms which may contain a hetero atom, R 2 represents a hydrogen atom or may contain a hetero atom good C1-5 Represents an organic group.)

[適用例4]
適用例1ないし適用例3のいずれか一例の化学機械研磨用水系分散体は、半導体装置の製造工程における、アルミニウム膜またはアルミニウム合金膜を研磨する用途に用いられることができる。
[Application Example 4]
The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to any one of Application Examples 1 to 3 can be used for polishing an aluminum film or an aluminum alloy film in a semiconductor device manufacturing process.

[適用例5]
本発明に係る化学機械研磨方法の一態様は、
適用例1ないし適用例4のいずれか一例の化学機械研磨用水系分散体を用いて、半導体装置を構成するアルミニウム膜またはアルミニウム合金膜を有する基板を研磨する工程を含む。
[Application Example 5]
One aspect of the chemical mechanical polishing method according to the present invention is:
Using the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to any one of Application Examples 1 to 4, a step of polishing a substrate having an aluminum film or an aluminum alloy film constituting a semiconductor device is included.

本発明に係る化学機械研磨用水系分散体によれば、半導体装置製造工程において、アルミニウム膜およびその合金膜に対する高研磨速度と孔食発生の抑制とを両立できると共に、貯蔵安定性が良好となる。   According to the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present invention, in the semiconductor device manufacturing process, it is possible to achieve both high polishing rate for aluminum film and its alloy film and suppression of pitting corrosion, and good storage stability. .

本実施の形態に係る化学機械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 showed typically the to-be-processed object suitable for use of the chemical mechanical polishing method which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る化学機械研磨方法の使用に適した化学機械研磨装置を模式的に示した斜視図である。It is the perspective view which showed typically the chemical mechanical polishing apparatus suitable for use of the chemical mechanical polishing method which concerns on this Embodiment.

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. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, Various modifications implemented in the range which does not change the summary of this invention are also included.

1.化学機械研磨用水系分散体
本発明の一実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、(A)砥粒0.1質量%以上10質量%以下と、(B)炭素数1〜5の有機基を有するリン酸エステル化合物0.01質量%以上2質量%以下と、を含有し、pHが1以上4以下であることを特徴とする。以下、本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体に含まれる各成分について詳細に説明する。
1. Chemical mechanical polishing aqueous dispersion The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to one embodiment of the present invention includes (A) 0.1 to 10% by mass of abrasive grains and (B) 1 to 5 carbon atoms. A phosphoric acid ester compound having an organic group of 0.01 to 2% by mass, and having a pH of 1 to 4 inclusive. Hereinafter, each component contained in the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present embodiment will be described in detail.

1.1.(A)砥粒
本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、(A)砥粒(以下、「(A)成分」ともいう)を含有する。(A)成分としては、例えばヒュームドシリカ、コロイダルシリカ、セリア、アルミナ、ジルコニア、酸化チタン等が挙げられる。これらの中でも、スクラッチ等の研磨欠陥を低減する観点から、コロイダルシリカが好ましい。コロイダルシリカは、例えば特開2003−109921号公報等に記載されている方法で製造されたものを使用することができる。また、特開2010−269985号公報や、J.Ind.Eng.Chem.,Vol.12,No.6,(2006)911−917等に記載されているような方法で表面修飾されたコロイダルシリカを使用してもよい。
1.1. (A) Abrasive Grain The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to this embodiment contains (A) abrasive grains (hereinafter also referred to as “component (A)”). Examples of the component (A) include fumed silica, colloidal silica, ceria, alumina, zirconia, and titanium oxide. Among these, colloidal silica is preferable from the viewpoint of reducing polishing defects such as scratches. As the colloidal silica, for example, those produced by the method described in JP-A-2003-109921 can be used. Also, JP 2010-269985A, J. Org. Ind. Eng. Chem. , Vol. 12, no. 6, (2006) 911-917 or the like, surface-modified colloidal silica may be used.

(A)成分の平均粒子径は、本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体について動的光散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置で測定することにより求めることができる。(A)成分の平均粒子径は、15nm以上100nm以下であることが好ましく、30nm以上70nm以下であることがより好ましい。(A)成分の平均粒子径が前記範囲であると、アルミニウム膜に対する実用的な研磨速度を達成できると共に、(A)成分の沈降・分離が発生しにくい貯蔵安定性に優れた化学機械研磨用水系分散体を得ることができる。動的光散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置としては、ベックマン・コールター社製のナノ粒子アナライザー「DelsaNano S」;Malvern社製の「Zetasizer nano zs」;株式会社堀場製作所製の「LB550」等が挙げられる。なお、動的光散乱法を用いて測定した平均粒子径は、一次粒子が複数個凝集して形成された二次粒子の平均粒子径を表している。   The average particle size of the component (A) can be determined by measuring the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present embodiment with a particle size distribution measuring apparatus based on the dynamic light scattering method. The average particle size of the component (A) is preferably 15 nm or more and 100 nm or less, and more preferably 30 nm or more and 70 nm or less. When the average particle size of the component (A) is in the above range, a practical polishing rate for the aluminum film can be achieved, and the water for chemical mechanical polishing excellent in storage stability in which the precipitation and separation of the component (A) are difficult to occur. A system dispersion can be obtained. As a particle size distribution measuring apparatus based on the dynamic light scattering method, a nanoparticle analyzer “Delsa Nano S” manufactured by Beckman Coulter; “Zetasizer nano zs” manufactured by Malvern; “LB550” manufactured by Horiba, Ltd. Etc. In addition, the average particle diameter measured using the dynamic light scattering method represents the average particle diameter of secondary particles formed by aggregating a plurality of primary particles.

(A)成分の含有割合は、化学機械研磨用水系分散体の全質量に対して、0.1質量%以上10質量%以下、好ましくは0.2質量%以上8質量%以下、より好ましくは0.3質量%以上7質量%以下である。(A)成分の含有割合が前記範囲である場合には、アルミニウム膜に対する実用的な研磨速度を得ることができる。(A)成分の含有割合が前記範囲未満の場合、アルミニウム膜に対する研磨速度が著しく低下することがある。一方、(A)成分の含有割合が前記範囲を超えると、化学機械研磨用水系分散体の貯蔵安定性が悪化する場合がある。   The content ratio of the component (A) is 0.1% by mass or more and 10% by mass or less, preferably 0.2% by mass or more and 8% by mass or less, more preferably based on the total mass of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion. It is 0.3 mass% or more and 7 mass% or less. When the content ratio of the component (A) is in the above range, a practical polishing rate for the aluminum film can be obtained. When the content ratio of the component (A) is less than the above range, the polishing rate for the aluminum film may be significantly reduced. On the other hand, when the content ratio of the component (A) exceeds the above range, the storage stability of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion may deteriorate.

1.2.(B)リン酸エステル化合物
本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、(B)炭素数1〜5の有機基を有するリン酸エステル化合物(以下、「(B)成分」ともいう)を含有する。一般にリン酸エステル化合物とは、リン酸(O=P(OH))が持つ3個の水素の全てまたは一部が有機基で置換された構造を有する化合物の総称のことをいうが、(B)成分は、その置換された有機基の炭素数が1以上5以下であることを要し、1以上4以下であることが好まし
く、2以上3以下であることがより好ましい。有機基の炭素数が前記範囲である場合には、アルミニウム膜の表面に適度な保護膜が形成されることにより孔食抑制効果が得られると共に、アルミニウム膜に対する実用的な研磨速度を得ることができる。有機基の炭素数が前記範囲を超える場合には、アルミニウム膜の表面に保護膜が形成されることにより孔食抑制効果は得られるものの、アルミニウム膜表面が過度に保護されるため良好な研磨速度を得ることができない。
1.2. (B) Phosphate ester compound The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present embodiment is (B) a phosphate ester compound having an organic group having 1 to 5 carbon atoms (hereinafter also referred to as “component (B)”). ). In general, a phosphoric acid ester compound is a general term for compounds having a structure in which all or part of the three hydrogen atoms of phosphoric acid (O═P (OH) 3 ) are substituted with organic groups. The component B) requires that the substituted organic group has 1 to 5 carbon atoms, preferably 1 to 4 and more preferably 2 to 3. When the carbon number of the organic group is within the above range, an appropriate protective film can be formed on the surface of the aluminum film to obtain a pitting corrosion suppressing effect and to obtain a practical polishing rate for the aluminum film. it can. When the carbon number of the organic group exceeds the above range, a protective film is formed on the surface of the aluminum film, but a pitting corrosion suppression effect is obtained, but the aluminum film surface is excessively protected, so a good polishing rate is obtained. Can't get.

上記有機基としては、具体的には炭素数1〜5の脂肪族炭化水素基(例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基等)、炭素数3〜5の脂環式炭化水素基(例えば、シクロアルキル基、シクロアルケニル基等)が挙げられ、酸素、硫黄、ハロゲン等のヘテロ原子を含んでいてもよく、その一部は他の置換基で置換されていてもよい。   Specifically as said organic group, a C1-C5 aliphatic hydrocarbon group (for example, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, etc.), a C3-C5 alicyclic hydrocarbon group (for example, A cycloalkyl group, a cycloalkenyl group, etc.), which may contain heteroatoms such as oxygen, sulfur, halogen and the like, and a part thereof may be substituted with other substituents.

また、(B)成分は、リン酸モノエステルおよびリン酸ジエステルから選択される少なくとも1種であることが好ましく、(B)成分がリン酸モノエステルおよびリン酸ジエステルの双方を含む場合にはその含有比率は特に制限されない。   The component (B) is preferably at least one selected from phosphoric monoesters and phosphoric diesters. When the component (B) contains both phosphoric monoesters and phosphoric diesters, The content ratio is not particularly limited.

(B)成分としては、下記一般式(1)で表されるリン酸モノエステルおよび/またはリン酸ジエステルであることが好ましい。
(RO)(RO)−PO(OH) ・・・・・(1)
上記式(1)中、Rはヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜5の有機基を表し、炭素−炭素二重結合を有していてもよい。Rは水素原子またはヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜5の有機基を表し、炭素−炭素二重結合を有していてもよい。なお、RおよびRの有機基は、炭素数1〜4であることが好ましく、炭素数2〜3であることがより好ましい。ヘテロ原子としては、酸素、硫黄、ハロゲン等が挙げられ、ヘテロ原子が酸素または硫黄の場合は、エーテル、チオエーテルを形成していてもよい。また、(B)成分が多価エステルである場合、複数存在する有機基に含まれる炭素数の合計が5を超えないことが好ましい。
The component (B) is preferably a phosphoric acid monoester and / or a phosphoric acid diester represented by the following general formula (1).
(R 1 O) (R 2 O) —PO (OH) (1)
The formula (1), R 1 represents an organic group of 1 to 5 carbon atoms which may contain a hetero atom, a carbon - may have a carbon-carbon double bond. R 2 represents a hydrogen atom or an organic group having 1 to 5 carbon atoms which may contain a hetero atom, and may have a carbon-carbon double bond. Incidentally, the organic group of R 1 and R 2 is preferably 1 to 4 carbon atoms, and more preferably 2 to 3 carbon atoms. Examples of the hetero atom include oxygen, sulfur, halogen and the like. When the hetero atom is oxygen or sulfur, ether or thioether may be formed. Moreover, when (B) component is a polyvalent ester, it is preferable that the total number of carbon atoms contained in a plurality of organic groups does not exceed 5.

このような(B)成分の具体例としては、リン酸モノメチル、リン酸モノエチル、リン酸モノ−n−プロピル、リン酸モノイソプロピル、リン酸モノ−n−ブチル、リン酸モノイソブチル、リン酸モノ−n−ペンチル、リン酸モノイソペンチル等のリン酸モノエステル;リン酸ジエチル、リン酸ジプロピル、リン酸ジブチル、リン酸ジペンチル等のリン酸ジエステル等が挙げられる。前記例示した(B)成分は、1種単独で用いてもよいし、任意の割合で2種以上を組み合わせて用いてもよい。   Specific examples of such component (B) include monomethyl phosphate, monoethyl phosphate, mono-n-propyl phosphate, monoisopropyl phosphate, mono-n-butyl phosphate, monoisobutyl phosphate, monophosphate. -Phosphoric acid monoesters such as n-pentyl and monoisopentyl phosphate; and phosphoric acid diesters such as diethyl phosphate, dipropyl phosphate, dibutyl phosphate and dipentyl phosphate. The component (B) exemplified above may be used alone or in combination of two or more at any ratio.

(B)成分の含有割合は、化学機械研磨用水系分散体の全質量に対して、0.01質量%以上2質量%以下、より好ましくは0.1質量%以上1質量%以下である。(B)成分の含有割合が前記範囲である場合には、アルミニウム膜の孔食抑制効果が得られると共に、アルミニウム膜に対する実用的な研磨速度を得ることができる。(B)成分の含有割合が前記範囲未満の場合、アルミニウム膜の表面に十分な保護膜を形成することができないため、孔食抑制効果が得られない。一方、(B)成分の含有割合が前記範囲を超えると、アルミニウム膜の表面に保護膜が形成されることによる孔食抑制効果は得られるものの、アルミニウム膜表面が過度に保護されるため良好な研磨速度を得ることができない。また、化学機械研磨用水系分散体の貯蔵安定性が悪化する場合がある。   (B) The content rate of a component is 0.01 mass% or more and 2 mass% or less with respect to the total mass of the aqueous dispersion for chemical mechanical polishing, More preferably, it is 0.1 mass% or more and 1 mass% or less. When the content ratio of the component (B) is within the above range, the effect of suppressing pitting corrosion of the aluminum film can be obtained, and a practical polishing rate for the aluminum film can be obtained. When the content rate of (B) component is less than the said range, since a sufficient protective film cannot be formed on the surface of an aluminum film, a pitting corrosion suppression effect is not acquired. On the other hand, when the content ratio of the component (B) exceeds the above range, a pitting corrosion suppression effect due to the formation of a protective film on the surface of the aluminum film can be obtained, but the aluminum film surface is protected excessively, which is favorable. The polishing rate cannot be obtained. In addition, the storage stability of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion may deteriorate.

1.3.分散媒
本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、分散媒を含有する。分散媒としては、水、水およびアルコールの混合媒体、水および水との相溶性を有する有機溶媒を含む混合媒体等が挙げられる。これらの中でも、水、水およびアルコールの混合媒体を用いることが好ましく、水を用いることがより好ましい。
1.3. Dispersion medium The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present embodiment contains a dispersion medium. Examples of the dispersion medium include water, a mixed medium of water and alcohol, a mixed medium containing water and an organic solvent having compatibility with water, and the like. Among these, water, a mixed medium of water and alcohol are preferably used, and water is more preferably used.

1.4.その他の添加剤
本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、さらに必要に応じてpH調整剤、界面活性剤、水溶性高分子、酸化剤等の添加剤を添加してもよい。以下、各添加剤について説明する。
1.4. Other Additives The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present embodiment may further contain additives such as a pH adjuster, a surfactant, a water-soluble polymer, and an oxidizing agent as necessary. Hereinafter, each additive will be described.

1.4.1.pH調整剤
本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、さらに必要に応じてpH調整剤を添加してもよい。pH調整剤を適宜添加することにより、化学機械研磨用水系分散体のpHを1以上4以下に調整することができる。上記pH調整剤としては、酸性化合物および/または塩基性化合物が挙げられる。
1.4.1. pH adjuster The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present embodiment may further contain a pH adjuster as necessary. By appropriately adding a pH adjuster, the pH of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion can be adjusted to 1 or more and 4 or less. Examples of the pH adjuster include acidic compounds and / or basic compounds.

酸性化合物としては、有機酸および無機酸が挙げられる。有機酸としては、例えばマロン酸、マレイン酸、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、シュウ酸、乳酸等、およびこれらの塩が挙げられる。無機酸としては、例えばリン酸、硫酸、塩酸、硝酸等が挙げられる。前記例示した酸性化合物は、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。   Examples of acidic compounds include organic acids and inorganic acids. Examples of the organic acid include malonic acid, maleic acid, citric acid, malic acid, tartaric acid, oxalic acid, lactic acid, and the like, and salts thereof. Examples of the inorganic acid include phosphoric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid and the like. The acidic compounds exemplified above may be used singly or in combination of two or more.

塩基性化合物としては、例えば水酸化カリウム、エチレンジアミン、TMAH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)、アンモニア等が挙げられる。   Examples of the basic compound include potassium hydroxide, ethylenediamine, TMAH (tetramethylammonium hydroxide), ammonia and the like.

1.4.2.界面活性剤
本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、さらに必要に応じて界面活性剤を添加してもよい。界面活性剤には、化学機械研磨用水系分散体に適度な粘性を付与する効果がある。化学機械研磨用水系分散体の粘度は、25℃において0.5mPa・s以上10mPa・s未満となるように調整することが好ましい。
1.4.2. Surfactant The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present embodiment may further contain a surfactant as necessary. The surfactant has an effect of imparting an appropriate viscosity to the chemical mechanical polishing aqueous dispersion. The viscosity of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion is preferably adjusted to be 0.5 mPa · s or more and less than 10 mPa · s at 25 ° C.

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、脂肪族アミン塩および脂肪族アンモニウム塩などが挙げられる。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。また、ポリビニルアルコール、シクロデキストリン、ポリビニルメチルエーテル、ヒドロキシエチルセルロース等を用いることもできる。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 carboxylates such as fatty acid soaps and alkyl ether carboxylates; sulfonates such as alkylbenzene sulfonates, alkylnaphthalene sulfonates, and α-olefin sulfonates; higher alcohol sulfates Examples thereof include sulfates such as ester salts, alkyl ether sulfates and polyoxyethylene alkylphenyl ether sulfates; and fluorine-containing surfactants such as perfluoroalkyl compounds. Examples of the cationic surfactant include aliphatic amine salts and aliphatic ammonium salts. Examples of the nonionic surfactant include nonionic surfactants having a triple bond such as acetylene glycol, acetylene glycol ethylene oxide adduct, and acetylene alcohol; polyethylene glycol type surfactants. Polyvinyl alcohol, cyclodextrin, polyvinyl methyl ether, hydroxyethyl cellulose and the like can also be used. These surfactants may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.

界面活性剤の含有割合は、化学機械研磨用水系分散体の全質量に対して、好ましくは0.001質量%以上5質量%以下、より好ましくは0.001質量%以上3質量%以下、特に好ましくは0.01質量%以上1質量%以下である。   The content of the surfactant is preferably 0.001% by mass or more and 5% by mass or less, more preferably 0.001% by mass or more and 3% by mass or less, particularly with respect to the total mass of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion. Preferably they are 0.01 mass% or more and 1 mass% or less.

1.4.3.水溶性高分子
本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、さらに必要に応じて水溶性高分子を添加してもよい。この水溶性高分子には、化学機械研磨用水系分散体に適度な粘性を付与する効果がある。また、被研磨面の表面に吸着し被膜を形成することでディッシング等の発生を抑制し、被研磨面の平坦性をより一層高める効果がある。
1.4.3. Water-soluble polymer The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present embodiment may further contain a water-soluble polymer, if necessary. This water-soluble polymer has an effect of imparting an appropriate viscosity to the chemical mechanical polishing aqueous dispersion. Further, by forming a film by adsorbing to the surface of the surface to be polished, there is an effect of suppressing the occurrence of dishing and the like and further improving the flatness of the surface to be polished.

水溶性高分子としては、アニオン性ポリマー、カチオン性ポリマー、ノニオン性ポリマー等が挙げられる。アニオン性ポリマーとしては、例えば、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリスチレンスルホン酸、およびこれらの塩等が挙げられる。カチオン性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンイミン、ポリビニルピロリドン、ポリビニルイミダゾール等が挙げられる。ノニオン性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド等が挙げられる。これらの水溶性高分子は、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 water-soluble polymer include an anionic polymer, a cationic polymer, and a nonionic polymer. Examples of the anionic polymer include polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polystyrene sulfonic acid, and salts thereof. Examples of the cationic polymer include polyethyleneimine, polyvinyl pyrrolidone, and polyvinyl imidazole. Examples of nonionic polymers include polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyvinyl alcohol, and polyacrylamide. These water-soluble polymers may be used alone or in combination of two or more.

水溶性高分子の重量平均分子量は、好ましくは2千以上120万以下、より好ましくは1万以上80万以下である。本発明において「重量平均分子量」とは、ゲル浸透クロマトグラフィーで測定したポリスチレン換算の重量平均分子量のことをいう。   The weight average molecular weight of the water-soluble polymer is preferably 2,000 or more and 1,200,000 or less, more preferably 10,000 or more and 800,000 or less. In the present invention, the “weight average molecular weight” means a polystyrene-reduced weight average molecular weight measured by gel permeation chromatography.

水溶性高分子の含有割合は、化学機械研磨用水系分散体の全質量に対して、好ましくは0.002質量%以上5質量%以下、より好ましくは0.05質量%以上1質量%以下である。   The content ratio of the water-soluble polymer is preferably 0.002% by mass to 5% by mass, more preferably 0.05% by mass to 1% by mass with respect to the total mass of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion. is there.

1.4.4.酸化剤
本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、さらに必要に応じて酸化剤を添加してもよい。酸化剤には、アルミニウム膜の表面を酸化し研磨液成分との錯化反応を促すことにより、アルミニウム膜の表面に脆弱な改質層を作り出し、研磨しやすくする効果がある。
1.4.4. Oxidizing agent The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present embodiment may further contain an oxidizing agent as necessary. The oxidizing agent has the effect of creating a fragile modified layer on the surface of the aluminum film and facilitating polishing by oxidizing the surface of the aluminum film and promoting a complexing reaction with the polishing liquid component.

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、硫酸鉄、次亜塩素酸、オゾン、過ヨウ素酸カリウムおよび過酢酸等が挙げられる。これらの酸化剤は、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。また、これらの酸化剤のうち、酸化力、保護膜との相性および取扱いやすさ等を考慮すると、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過酸化水素が好ましい。   Examples of the oxidizing agent include ammonium persulfate, potassium persulfate, hydrogen peroxide, ferric nitrate, diammonium cerium nitrate, iron sulfate, hypochlorous acid, ozone, potassium periodate, and peracetic acid. These oxidizing agents may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type. Of these oxidizing agents, ammonium persulfate, potassium persulfate, and hydrogen peroxide are preferable in view of oxidizing power, compatibility with the protective film, ease of handling, and the like.

酸化剤の含有割合は、化学機械研磨用水系分散体の全質量に対して、好ましくは0.01質量%以上10質量%以下、より好ましくは0.1質量%以上3質量%以下、特に好ましくは0.2質量%以上1.5質量%以下である。   The content of the oxidizing agent is preferably 0.01% by mass or more and 10% by mass or less, more preferably 0.1% by mass or more and 3% by mass or less, and particularly preferably based on the total mass of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion. Is 0.2 mass% or more and 1.5 mass% or less.

1.5.pH
本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体のpHは1以上4以下であり、好ましくは1.5以上3以下、より好ましくは1.8以上2.5以下である。pHが前記範囲にあると、アルミニウム膜に対する実用的な研磨速度を達成することができる。pHが前記範囲を超えると、アルミニウム膜に対する研磨速度が著しく低下する場合がある。
1.5. pH
The pH of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present embodiment is 1 or more and 4 or less, preferably 1.5 or more and 3 or less, more preferably 1.8 or more and 2.5 or less. When the pH is in the above range, a practical polishing rate for the aluminum film can be achieved. When pH exceeds the said range, the polishing rate with respect to an aluminum film may fall remarkably.

1.6.用途
本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、上述したようにアルミニウム膜およびアルミニウム合金膜に対する実用的な研磨速度を達成できると共に、アルミニウム膜およびアルミニウム合金膜表面の孔食抑制効果を有する。そのため、本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、半導体装置の製造工程において、半導体装置の配線を形成するアルミニウム膜および/またはアルミニウム合金膜を有する基板を化学機械研磨するための研磨材として好適である。なお、本発明において「アルミニウム合金」とは、アルミニウム90質量%以上および他の金属元素を含有する合金のことをいう。他の金属元素としては、例えばSi、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti等が挙げられる。
1.6. Applications The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present embodiment can achieve a practical polishing rate for an aluminum film and an aluminum alloy film as described above, and also has a pitting corrosion suppression effect on the surface of the aluminum film and the aluminum alloy film. Have. Therefore, the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present embodiment is a polishing for chemical mechanical polishing of a substrate having an aluminum film and / or an aluminum alloy film that forms wiring of a semiconductor device in a manufacturing process of the semiconductor device. Suitable as a material. In the present invention, “aluminum alloy” refers to an alloy containing 90% by mass or more of aluminum and another metal element. Examples of other metal elements include Si, Fe, Cu, Mn, Mg, Cr, Zn, and Ti.

1.7.化学機械研磨用水系分散体の調製方法
本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、水等の分散媒に前述した各成分を溶解または分散させることにより調製することができる。溶解または分散させる方法は、特に制限されず、均一に溶解または分散できればどのような方法を適用してもよい。また、前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。
1.7. Method for Preparing Chemical Mechanical Polishing Aqueous Dispersion The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present embodiment can be prepared by dissolving or dispersing each component described above in a dispersion medium such as water. The method for dissolving or dispersing 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 the components described above are not particularly limited.

また、本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、濃縮タイプの原液として調製し、使用時に水等の分散媒で希釈して使用することもできる。   In addition, the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present embodiment can be prepared as a concentrated stock solution and diluted with a dispersion medium such as water when used.

2.化学機械研磨方法
本発明の一実施形態に係る化学機械研磨方法は、前述した化学機械研磨用水系分散体を用いて、半導体装置を構成するアルミニウム膜またはアルミニウム合金膜を有する基板を研磨する工程を含む。以下、本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体機械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. Chemical mechanical polishing method A chemical mechanical polishing method according to an embodiment of the present invention includes a step of polishing a substrate having an aluminum film or an aluminum alloy film constituting a semiconductor device using the chemical mechanical polishing aqueous dispersion described above. Including. Hereinafter, a specific example of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion mechanical polishing method according to the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.

2.1.被処理体
図1は、本実施の形態に係る化学機械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。
(1)まず、シリコン基板10を用意する。シリコン基板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。
(2)次に、シリコン基板10の上に、CVD法または熱酸化法を用いてシリコン酸化膜12を形成する。
(3)次に、シリコン酸化膜12をパターニングする。それをマスクとして、例えばエッチング法を適用して酸化シリコン膜12に配線用凹部20を形成する。
(4)次に、配線用凹部20を充填するように、アルミニウム膜14をスパッタ法により堆積させると、被処理体100が得られる。
2.1. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a target object suitable for use in the chemical mechanical polishing method according to the present embodiment. The target object 100 is formed through the following steps (1) to (4).
(1) First, the silicon substrate 10 is prepared. A functional device such as a transistor (not shown) may be formed on the silicon substrate 10.
(2) Next, a silicon oxide film 12 is formed on the silicon substrate 10 by using a CVD method or a thermal oxidation method.
(3) Next, the silicon oxide film 12 is patterned. Using this as a mask, for example, an etching method is applied to form the recess 20 for wiring in the silicon oxide film 12.
(4) Next, when the aluminum film 14 is deposited by sputtering so as to fill the wiring recess 20, the workpiece 100 is obtained.

2.2.研磨工程
上述の化学機械研磨用水系分散体を用いて、被処理体100のシリコン酸化膜12上に堆積したアルミニウム膜14を研磨除去し、全体的に平坦化することでアルミニウム配線部を形成する。本実施の形態に係る化学機械研磨方法によれば、上述した化学機械研磨用水系分散体を用いることで、アルミニウム膜14に対する研磨速度が十分に大きく、かつアルミニウム膜14表面の孔食の発生を抑制することができる。
2.2. Polishing Step Using the chemical mechanical polishing aqueous dispersion described above, the aluminum film 14 deposited on the silicon oxide film 12 of the object 100 is polished and removed, and the entire surface is flattened to form an aluminum wiring portion. . According to the chemical mechanical polishing method according to the present embodiment, by using the chemical mechanical polishing aqueous dispersion described above, the polishing rate for the aluminum film 14 is sufficiently high, and pitting corrosion occurs on the surface of the aluminum film 14. Can be suppressed.

2.3.化学機械研磨装置
上述の研磨工程には、例えば図2に示すような化学機械研磨装置200を用いることができる。図2は、化学機械研磨装置200を模式的に示した斜視図である。上述の研磨工程は、スラリー供給ノズル42からスラリー(化学機械研磨用水系分散体)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2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 Device For the above polishing process, for example, a chemical mechanical polishing device 200 as shown in FIG. 2 can be used. FIG. 2 is a perspective view schematically showing the chemical mechanical polishing apparatus 200. In the above-described polishing step, the carrier holding the semiconductor substrate 50 while supplying the slurry (chemical mechanical polishing aqueous dispersion) 44 from the slurry supply nozzle 42 and rotating the turntable 48 to which the polishing cloth 46 is attached. This is done by bringing the head 52 into contact. In FIG. 2, the water supply nozzle 54 and the dresser 56 are also shown.

キャリアーヘッド52の押し付け圧は、10〜1,000hPaの範囲内で選択することができ、好ましくは30〜500hPaである。また、ターンテーブル48およ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(化学機械研磨用水系分散体)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 pressing pressure of the carrier head 52 can be selected within a range of 10 to 1,000 hPa, and preferably 30 to 500 hPa. Moreover, the rotation speed of the turntable 48 and the carrier head 52 can be suitably selected within the range of 10 to 400 rpm, and preferably 30 to 150 rpm. The flow rate of the slurry (chemical mechanical polishing aqueous dispersion) 44 supplied from the slurry supply nozzle 42 can be selected within a range of 10 to 1,000 mL / min, and preferably 50 to 400 mL / min.

市販の研磨装置として、例えば、株式会社荏原製作所製、形式「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」等が挙げられる。   As a commercially available polishing apparatus, for example, “EPO-112”, “EPO-222” manufactured by Ebara Manufacturing Co., Ltd .; “LGP-510”, “LGP-552” manufactured by Lappmaster SFT, manufactured by Applied Materials , “Mirra”, “Reflexion” 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」および「%」は、特に断らない限り質量基準である。
3. Examples Hereinafter, the present invention will be described by way of examples. However, the present invention is not limited to these examples. In the examples, “parts” and “%” are based on mass unless otherwise specified.

3.1.砥粒を含む水分散体の調製
3.1.1.コロイダルシリカを含む水分散体の調製
容量2000cmのフラスコに、25質量%濃度のアンモニア水70g、イオン交換水40g、エタノール175gおよびテトラエトキシシラン21gを投入し、180rpmで撹拌しながら60℃に昇温した。60℃のまま1時間撹拌した後冷却し、コロイダルシリカ/アルコール分散体を得た。次いで、エバポレータにより、80℃でこのコロイダルシリカ/アルコール分散体にイオン交換水を添加しながらアルコール分を除去する操作を数回繰り返すことによりコロイダルシリカ/アルコール分散体中のアルコールを除き、固形分濃度15%の水分散体を調製した。この水分散体の一部を取り出しイオン交換水で希釈したサンプルについて、動的光散乱式粒径分布測定装置(株式会社堀場製作所製、形式「LB550」)を用い、算術平均径を平均粒子径として測定したところ、60nmであった。このようにして調製したコロイダルシリカを本実施例において「コロイダルシリカA」という。
3.1. Preparation of aqueous dispersion containing abrasive grains 3.1.1. Preparation of aqueous dispersion containing colloidal silica A flask having a capacity of 2000 cm 3 was charged with 70 g of 25 mass% ammonia water, 40 g of ion-exchanged water, 175 g of ethanol and 21 g of tetraethoxysilane and heated to 60 ° C. while stirring at 180 rpm. Warm up. The mixture was stirred at 60 ° C. for 1 hour and then cooled to obtain a colloidal silica / alcohol dispersion. Subsequently, the alcohol in the colloidal silica / alcohol dispersion was removed several times by adding an ion exchange water to the colloidal silica / alcohol dispersion at 80 ° C. by an evaporator to remove the alcohol in the colloidal silica / alcohol dispersion. A 15% aqueous dispersion was prepared. About the sample which took out a part of this water dispersion and diluted with ion-exchange water, using a dynamic light scattering type particle size distribution measuring apparatus (Horiba, Ltd., model “LB550”), the arithmetic average diameter was calculated as the average particle diameter. As a result, it was 60 nm. The colloidal silica thus prepared is referred to as “colloidal silica A” in this example.

3.1.2.セリアを含む水分散体の調製
炭酸セリウムを750℃で4時間焼成し、その後、イオン交換水と混合してジルコニアビーズを用いてビーズミルで粉砕し、72時間分散させた。得られたセリアの水分散体を静置し、上澄み液のうち90質量%相当分を分取することにより、35.8質量%のセリアを含む水分散体を得た。得られたセリア含有量35.8質量%の水分散体に、イオン交換水を添加して、セリア含有量を5質量%に調整し、5質量%セリア水分散体を調整した。このときのpHは5.3であった。
3.1.2. Preparation of Aqueous Dispersion Containing Ceria Cerium carbonate was calcined at 750 ° C. for 4 hours, then mixed with ion-exchanged water, pulverized with a bead mill using zirconia beads, and dispersed for 72 hours. The obtained aqueous dispersion of ceria was allowed to stand, and an amount corresponding to 90% by mass of the supernatant was fractionated to obtain an aqueous dispersion containing 35.8% by mass of ceria. Ion exchange water was added to the obtained water dispersion having a ceria content of 35.8% by mass to adjust the ceria content to 5% by mass to prepare a 5% by mass ceria water dispersion. The pH at this time was 5.3.

3.2.化学機械研磨用水系分散体の調製
上記において調製された水分散体が所定の砥粒濃度となるよう計算されたイオン交換水を容量1000cmのポリエチレン製の瓶に投入し、これに表記載の酸性化合物または塩基性化合物を表記載のpHとなるような量をそれぞれ添加し十分に撹拌した。その後、撹拌しながら上記において調製された水分散体、表記載のリン酸エステル、酸化剤、その他の添加剤をそれぞれ添加した。その後、孔径5μmのフィルターで濾過することにより、実施例1〜10及び比較例1〜10の化学機械研磨用水系分散体を得た。なお、表中の値は、正味の配合量を表している。
3.2. Preparation of Chemical Mechanical Polishing Aqueous Dispersion Ion-exchanged water calculated so that the aqueous dispersion prepared above has a predetermined abrasive grain concentration was put into a polyethylene bottle having a capacity of 1000 cm 3 , and this was described in the table. The acidic compound or basic compound was added in an amount such that the pH shown in the table was reached, and the mixture was sufficiently stirred. Thereafter, the aqueous dispersion prepared above, the phosphate ester described in the table, the oxidizing agent, and other additives were added with stirring. Then, the chemical mechanical polishing aqueous dispersions of Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 10 were obtained by filtering with a filter having a pore diameter of 5 μm. In addition, the value in a table | surface represents the net compounding quantity.

3.3.評価方法
3.3.1.化学機械研磨試験
上記において調製した化学機械研磨用水系分散体を用いて、直径8インチのアルミニウム膜を被研磨体として、下記の研磨条件で化学機械研磨を行った。
<研磨条件>
・研磨装置:株式会社荏原製作所製、形式「EPO−112」
・研磨パッド:ロデール・ニッタ株式会社製、「IC1000/K−Groove」
・化学機械研磨用水系分散体供給速度:200mL/分
・定盤回転数:90rpm
・研磨ヘッド回転数:91rpm
・研磨ヘッド押し付け圧:140hPa
3.3. Evaluation method 3.3.1. Chemical Mechanical Polishing Test Using the chemical mechanical polishing aqueous dispersion prepared above, chemical mechanical polishing was performed under the following polishing conditions using an aluminum film having a diameter of 8 inches as an object to be polished.
<Polishing conditions>
・ Polishing device: Ebara Manufacturing Co., Ltd., model “EPO-112”
Polishing pad: Rodel Nitta Co., Ltd. “IC1000 / K-Groove”
・ Chemical mechanical polishing aqueous dispersion supply speed: 200 mL / min ・ Surface plate rotation speed: 90 rpm
-Polishing head rotation speed: 91 rpm
・ Polishing head pressing pressure: 140 hPa

3.3.1.1.アルミニウム膜の研磨速度の算出
被研磨体である直径8インチのアルミニウム膜について、研磨前の膜厚をKLA−Tencor株式会社製の金属膜厚計「Omnimap A−RS75tc」を用いて予め測定しておき、上記の条件で1分間研磨を行った。研磨後の被研磨体の膜厚を、同様に金属膜厚計を用いて測定し、研磨前と研磨後の膜厚の差、すなわち化学機械研磨により減少した膜厚を求めた。そして、化学機械研磨により減少した膜厚および研磨時間から研磨速度を算出した。その評価基準は下記の通りである。アルミニウム膜の研磨速度および評価結果を表1〜表2に併せて示す。
「○」:研磨速度が10nm/minを超えている。
「×」:研磨速度が10nm/min以下である。
3.3.1.1. Calculation of polishing rate of aluminum film For an aluminum film having a diameter of 8 inches, which is an object to be polished, the film thickness before polishing is measured in advance using a metal film thickness meter “Omnimap A-RS75tc” manufactured by KLA-Tencor. Then, polishing was performed for 1 minute under the above conditions. The film thickness of the polished object after polishing was similarly measured using a metal film thickness meter, and the difference between the film thickness before and after polishing, that is, the film thickness reduced by chemical mechanical polishing was determined. Then, the polishing rate was calculated from the film thickness decreased by chemical mechanical polishing and the polishing time. The evaluation criteria are as follows. The polishing rate and evaluation results of the aluminum film are also shown in Tables 1 and 2.
“◯”: The polishing rate exceeds 10 nm / min.
“X”: The polishing rate is 10 nm / min or less.

3.3.1.2.孔食評価
被研磨体である直径8インチのアルミニウム膜について、上記の条件で1分間研磨を行った後、サブストレートを順次洗浄して乾燥させた。乾燥後、光学顕微鏡を用いてサブストレート表面を観察し、微細な孔食の有無を判定した。その評価基準は下記の通りである。その評価結果を表1〜表2に併せて示す。
「○」:微細な孔食が全く認められない。
「×」:微細な孔食が認められる。
3.3.1.2. Evaluation of Pitting Corrosion An aluminum film having a diameter of 8 inches, which is an object to be polished, was polished for 1 minute under the above conditions, and then the substrate was sequentially washed and dried. After drying, the substrate surface was observed using an optical microscope to determine the presence or absence of fine pitting corrosion. The evaluation criteria are as follows. The evaluation results are also shown in Tables 1 and 2.
“◯”: No fine pitting corrosion is observed.
"X": A fine pitting corrosion is recognized.

3.3.2.貯蔵安定性の評価
上記で調製した化学機械研磨用水系分散体を、500ccポリ瓶に500cc入れ、25℃の環境下で1日貯蔵した。貯蔵後の外観について目視で観察した。その評価基準は下記の通りである。その評価結果を表1〜表2に併せて示す。
「○」:砥粒の沈降が全く認められない。
「×」:砥粒の沈降が認められる。
3.3.2. Evaluation of Storage Stability 500 cc of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion prepared above was placed in a 500 cc plastic bottle and stored for one day in an environment at 25 ° C. The appearance after storage was visually observed. The evaluation criteria are as follows. The evaluation results are also shown in Tables 1 and 2.
“◯”: No settling of abrasive grains is observed.
"X": Abrasive grain settling is observed.

Figure 0006015931
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Figure 0006015931
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なお、表1〜表2における各成分の略称は、以下の通りである。
・リン酸イソプロピル(竹本油脂株式会社製、製品名「パイオニンA76」)
・リン酸ジエチル(城北化学株式会社製、製品名「JP−502」)
・リン酸エチル(城北化学株式会社製、製品名「JAMP−2」)
・リン酸ブチル(城北化学株式会社製、製品名「JAMP−4」)
・リン酸オクチル(竹本油脂株式会社製、製品名「パイオニンA−70」)
In addition, the abbreviation of each component in Tables 1 and 2 is as follows.
・ Isopropyl phosphate (Takemoto Yushi Co., Ltd., product name “Pionin A76”)
-Diethyl phosphate (Johoku Chemical Co., Ltd., product name "JP-502")
・ Ethyl phosphate (Johoku Chemical Co., Ltd., product name “JAMP-2”)
・ Butyl phosphate (Johoku Chemical Co., Ltd., product name “JAMP-4”)
・ Octyl phosphate (product name “Pionin A-70” manufactured by Takemoto Yushi Co., Ltd.)

3.4.評価結果
実施例1〜10では、被研磨体であるアルミニウム膜表面の孔食の発生が認められず、アルミニウム膜に対する良好な研磨速度が得られることが判明した。
3.4. Evaluation Results In Examples 1 to 10, it was found that no pitting corrosion was observed on the surface of the aluminum film as the object to be polished, and a good polishing rate for the aluminum film was obtained.

比較例1は、(B)成分の代わりに銅膜の防食剤として知られているベンゾトリアゾールを使用した例である。かかる場合には、アルミニウム膜に対する良好な研磨速度は得られるものの、アルミニウム膜の表面に孔食の発生が認められた。   Comparative Example 1 is an example in which benzotriazole known as a copper film anticorrosive is used in place of the component (B). In such a case, although a good polishing rate for the aluminum film was obtained, the occurrence of pitting corrosion was observed on the surface of the aluminum film.

比較例2は、(B)成分を含有しない化学機械研磨用水系分散体を使用した例である。かかる場合には、アルミニウム膜に対する良好な研磨速度は得られるものの、アルミニウム膜の表面に孔食の発生が認められた。   Comparative Example 2 is an example in which a chemical mechanical polishing aqueous dispersion containing no component (B) was used. In such a case, although a good polishing rate for the aluminum film was obtained, the occurrence of pitting corrosion was observed on the surface of the aluminum film.

比較例3は、(A)成分を含有しない化学機械研磨用水系分散体を使用した例である。かかる場合には、アルミニウム膜に対する研磨速度が著しく低下した。   Comparative Example 3 is an example in which a chemical mechanical polishing aqueous dispersion containing no component (A) was used. In such a case, the polishing rate for the aluminum film was significantly reduced.

比較例4〜5は、(B)成分の含有量が規定範囲外の化学機械研磨用水系分散体を使用した例である。(B)成分が規定範囲未満の場合には孔食が多く発生してしまい、(B)成分が規定範囲を超える場合にはアルミニウム膜に対する研磨速度が著しく低下すると共に、化学機械研磨用水系分散体の貯蔵安定性も悪化した。   Comparative Examples 4 to 5 are examples using the chemical mechanical polishing aqueous dispersion in which the content of the component (B) is outside the specified range. When the component (B) is less than the specified range, a lot of pitting corrosion occurs. When the component (B) exceeds the specified range, the polishing rate for the aluminum film is remarkably reduced and the chemical mechanical polishing aqueous dispersion is used. The storage stability of the body also deteriorated.

比較例6は、炭素数8の有機基を有するリン酸エステル化合物を使用した例である。かかる場合には孔食の発生は抑制されるものの、アルミニウム膜に対する研磨速度が著しく低下すると共に、化学機械研磨用水系分散体の貯蔵安定性も悪化した。   Comparative Example 6 is an example using a phosphate ester compound having an organic group having 8 carbon atoms. In such a case, although the occurrence of pitting corrosion was suppressed, the polishing rate for the aluminum film was remarkably reduced, and the storage stability of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion was also deteriorated.

比較例7〜8は、(A)成分の含有量が規定範囲外の化学機械研磨用水系分散体を使用した例である。(A)成分が規定範囲未満の場合にはアルミニウム膜に対する研磨速度が著しく低下した。(A)成分が規定範囲を超える場合には化学機械研磨用水系分散体の貯蔵安定性が悪化した。   Comparative Examples 7 to 8 are examples in which the chemical mechanical polishing aqueous dispersion having a component (A) content outside the specified range was used. When the component (A) was less than the specified range, the polishing rate for the aluminum film was remarkably reduced. When the component (A) exceeded the specified range, the storage stability of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion deteriorated.

比較例9〜10はpHが規定範囲外の化学機械研磨用水系分散体を使用した例である。中性からアルカリ性領域の場合には、孔食の発生は抑制されるものの、アルミニウム膜に対する研磨速度が著しく低下した。   Comparative Examples 9 to 10 are examples using a chemical mechanical polishing aqueous dispersion having a pH outside the specified range. In the neutral to alkaline region, although the occurrence of pitting corrosion was suppressed, the polishing rate for the aluminum film was significantly reduced.

以上の結果から、本発明に係る化学機械研磨用水系分散体によれば、アルミニウム膜に対する高研磨速度と孔食発生の抑制とを両立できると共に、良好な貯蔵安定性を有することが明らかとなった。これにより、アルミニウム膜を含む半導体装置において良好な研磨性能を得られることが判明した。   From the above results, it is clear that the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present invention can achieve both a high polishing rate for an aluminum film and suppression of pitting corrosion, and also has good storage stability. It was. Thus, it has been found that good polishing performance can be obtained in a semiconductor device including an aluminum film.

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、方法および結果が同一の構成、あるいは目的およ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 embodiments, and various modifications can be made. For example, the present invention includes substantially the same configuration (for example, a configuration having the same function, method, and result, or a configuration having the same purpose and effect) as the configuration described in the embodiment. In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that achieves the same effect as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. In addition, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.

10…シリコン基板、12…シリコン酸化膜、14…アルミニウム膜、20…配線用凹部、42…スラリー供給ノズル、44…スラリー(化学機械研磨用水系分散体)、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…化学機械研磨装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Silicon substrate, 12 ... Silicon oxide film, 14 ... Aluminum film, 20 ... Recess for wiring, 42 ... Slurry supply nozzle, 44 ... Slurry (chemical-system polishing aqueous dispersion), 46 ... Polishing cloth, 48 ... Turntable DESCRIPTION OF SYMBOLS 50 ... Semiconductor substrate 52 ... Carrier head 54 ... Water supply nozzle 56 ... Dresser 100 ... Object to be processed 200 ... Chemical mechanical polishing apparatus

Claims (5)

半導体装置の製造工程における、アルミニウム膜またはアルミニウム合金膜を研磨する用途に用いられる化学機械研磨用水系分散体であって、
(A)シリカ0.1質量%以上10質量%以下と、
(B)炭素数1〜5の有機基を有するリン酸エステル化合物0.01質量%以上質量%以下と、
を含有し、pHが1以上2.4以下である、化学機械研磨用水系分散体。
A chemical mechanical polishing aqueous dispersion used for polishing an aluminum film or an aluminum alloy film in a manufacturing process of a semiconductor device,
(A) 0.1% by mass or more and 10% by mass or less of silica ;
(B) 0.01 to 1 % by mass of a phosphoric acid ester compound having an organic group having 1 to 5 carbon atoms;
An aqueous dispersion for chemical mechanical polishing having a pH of 1 or more and 2.4 or less.
前記(B)リン酸エステル化合物が、リン酸モノエステルおよびリン酸ジエステルから選択される少なくとも1種を含有する、請求項1に記載の化学機械研磨用水系分散体。   The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to claim 1, wherein the (B) phosphate ester compound contains at least one selected from a phosphate monoester and a phosphate diester. 前記(B)リン酸エステル化合物が下記一般式(1)で表される化合物である、請求項1または請求項2に記載の化学機械研磨用水系分散体。
(RO)(RO)−PO(OH) ・・・・・(1)
(上記式(1)中、Rはヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜5の有機基を表し、Rは水素原子またはヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜5の有機基を表す。)
The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to claim 1 or 2, wherein the (B) phosphate ester compound is a compound represented by the following general formula (1).
(R 1 O) (R 2 O) —PO (OH) (1)
In (the above formula (1), R 1 represents an organic group of 1 to 5 carbon atoms which may contain a hetero atom, R 2 represents a hydrogen atom or may contain a hetero atom good C1-5 Represents an organic group.)
前記(B)リン酸エステル化合物が、リン酸モノメチル、リン酸モノエチル、リン酸モノ−n−プロピル、リン酸モノイソプロピル、リン酸モノ−n−ブチル、リン酸モノイソブチル、リン酸モノ−n−ペンチル、リン酸モノイソペンチル、リン酸ジエチル、リン酸ジプロピル、リン酸ジブチル及びリン酸ジペンチルよりなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の化学機械研磨用水系分散体。(B) The phosphoric acid ester compound is monomethyl phosphate, monoethyl phosphate, mono-n-propyl phosphate, monoisopropyl phosphate, mono-n-butyl phosphate, monoisobutyl phosphate, mono-n-phosphate 4. The method according to claim 1, which is at least one selected from the group consisting of pentyl, monoisopentyl phosphate, diethyl phosphate, dipropyl phosphate, dibutyl phosphate and dipentyl phosphate. An aqueous dispersion for chemical mechanical polishing. 請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の化学機械研磨用水系分散体を用いて、半導体装置を構成するアルミニウム膜またはアルミニウム合金膜を有する基板を研磨する工程を含む、化学機械研磨方法。   5. A chemical mechanical polishing comprising a step of polishing a substrate having an aluminum film or an aluminum alloy film constituting a semiconductor device, using the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to claim 1. Method.
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