JP7380238B2 - Polishing composition and polishing method - Google Patents
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Description
本発明は、研磨用組成物および研磨方法に係り、特に、半導体集積回路の製造における化学的機械的研磨のための研磨用組成物と、その研磨用組成物を用いた研磨方法に関する。 The present invention relates to a polishing composition and a polishing method, and particularly to a polishing composition for chemical mechanical polishing in the manufacture of semiconductor integrated circuits, and a polishing method using the polishing composition.
近年、半導体集積回路の高集積化や高機能化に伴い、半導体素子の微細化および高密度化のための微細加工技術の開発が進められている。従来から、半導体集積回路装置(以下、半導体デバイスともいう。)の製造においては、層表面の凹凸(段差)がリソグラフィの焦点深度を越えて十分な解像度が得られなくなる、等の問題を防ぐため、化学的機械的研磨法(Chemical Mechanical Polishing:以下、CMPという。)を用いて、層間絶縁膜や埋め込み配線等を平坦化することが行われている。 In recent years, as semiconductor integrated circuits have become more highly integrated and highly functional, the development of microfabrication techniques for miniaturizing and increasing the density of semiconductor elements has been progressing. Conventionally, in the manufacturing of semiconductor integrated circuit devices (hereinafter also referred to as semiconductor devices), in order to prevent problems such as unevenness (steps) on the layer surface exceeding the depth of focus of lithography and not being able to obtain sufficient resolution, 2. Description of the Related Art Interlayer insulating films, buried wiring, and the like are planarized using chemical mechanical polishing (hereinafter referred to as CMP).
従来、埋め込み配線には銅やタングステンが用いられてきたが、銅は結晶粒界が存在するため抵抗が上がり、細線化に限界があった。また、タングステンについても細線化に限界があった。そこで、コバルト、ルテニウム、モリブデン等の抵抗が低く細線化可能な金属を埋め込み配線に用いることが行われたり、検討されたりしている。 Conventionally, copper and tungsten have been used for buried wiring, but copper has grain boundaries, which increases resistance and limits the ability to make wires thinner. There is also a limit to the thinning of tungsten wires. Therefore, the use of metals such as cobalt, ruthenium, and molybdenum, which have low resistance and can be made into thin wires, for embedded wiring is being used or is being considered.
配線形成に関わるCMPでは、このような埋め込み配線の金属材料の変更に応じて新規な研磨用組成物に対するニーズが大きい。なお、CMP用の研磨用組成物は、単なる機械的な研磨用組成物と比較して、極めて精度の高い研磨を要求されるため、非常に緻密な調整が必要となる。 In CMP related to wiring formation, there is a great need for new polishing compositions in response to changes in the metal material of buried wiring. Note that polishing compositions for CMP are required to perform polishing with extremely high precision compared to mere mechanical polishing compositions, and thus require very precise adjustment.
上記細線化可能な金属のうち、コバルトにおいてはCMP用の研磨用組成物が知られている。例えば、特許文献1には、それぞれ特定の化合物からなる阻害剤、酸化剤、研磨剤、錯化剤と水を所定の割合で含有するpH調整されたコバルト用のCMP用スラリーが記載されている。
Among the metals that can be made into thin wires, polishing compositions for CMP are known for cobalt. For example,
特許文献1のCMP用スラリーにおける酸化剤は、半導体デバイスを構成する金属配線のCMPにおいて加工速度を高めるために、導入することが一般的な成分である。しかし酸化剤は金属配線の腐食や研磨装置の腐食の原因となる。さらに、酸化剤は不均化反応により分解しやすく、研磨用組成物中の酸化剤濃度を一定に制御できないため、加工速度のバラつきの原因となり、研磨加工の再現性を低下させる。また、酸化剤は研磨停止層(SiN等)を酸化により変性させ、研磨停止層としての機能を弱め、研磨の制御を困難にするという問題があった。
The oxidizing agent in the CMP slurry of
また、ルテニウムやモリブデンを埋め込み配線とする半導体デバイスに用いる金属配線形成のためのCMP用の研磨用組成物としては、非特許文献1に酸化剤として過炭酸ナトリウムを使うことが開示されているが、研磨速度が遅いなどの問題があった。
Furthermore, Non-Patent
本発明は、コバルト、ルテニウム、モリブデン等の抵抗が低く細線化可能な金属を用いた、特にはこれらの金属を埋め込み配線として用いた、半導体集積回路装置における配線形成のためのCMPに用いられる組成物において、酸化剤を用いなくても金属層を高い研磨速度で研磨可能な研磨用組成物と、その研磨用組成物を用いた研磨方法を提供し、さらに、金属層と絶縁膜の研磨速度の調整が可能な研磨用組成物と研磨方法を提供することも目的とする。 The present invention relates to a composition used in CMP for forming wiring in a semiconductor integrated circuit device using metals such as cobalt, ruthenium, molybdenum, etc., which have low resistance and can be thinned, and in particular, these metals are used as embedded wiring. Provided is a polishing composition capable of polishing a metal layer at a high polishing rate without using an oxidizing agent, and a polishing method using the polishing composition, and further improves the polishing rate of a metal layer and an insulating film. Another object of the present invention is to provide a polishing composition and a polishing method that allow adjustment of the polishing composition.
本発明の研磨用組成物は、下記式(1)で示される化合物と、酸化セリウム粒子と、水と、を含有することを特徴とする。 The polishing composition of the present invention is characterized by containing a compound represented by the following formula (1), cerium oxide particles, and water.
式(1)中、R1は、S-、SR11(R11は水素原子またはヘテロ原子を含んでもよい炭化水素基である。)、N-R12(R12は水素原子またはヘテロ原子を含んでもよい炭化水素基である。)、NR13R14(R13およびR14は、それぞれ独立して水素原子もしくはヘテロ原子を含んでもよい炭化水素基、または、互いに結合して複素環を形成する基である。)、またはN=NR15(R15は炭化水素基である。)であり、R2はヘテロ原子を含んでもよい炭化水素基である。X+は一価カチオンであり、nはR1がS-またはN-R12の場合1であり、それ以外の場合0である。 In formula (1), R 1 is S - , SR 11 (R 11 is a hydrocarbon group which may contain a hydrogen atom or a hetero atom), N - R 12 (R 12 is a hydrogen atom or a hetero atom). ), NR 13 R 14 (R 13 and R 14 are each independently a hydrocarbon group that may contain a hydrogen atom or a hetero atom, or are bonded to each other to form a heterocycle) ), or N=NR 15 (R 15 is a hydrocarbon group), and R 2 is a hydrocarbon group which may contain a heteroatom. X + is a monovalent cation and n is 1 when R 1 is S − or N − R 12 and 0 otherwise.
本発明の研磨用組成物において、式(1)中のR1は、S-またはSR11であり、R2は、NR23R24(R23およびR24は、それぞれ独立して水素原子もしくはヘテロ原子を含んでもよい炭化水素基、または、互いに結合して複素環を形成する基である。)、N=NR25(R25は炭化水素基である。)またはOR26(R26はヘテロ原子を含んでもよい炭化水素基である。)であることが好ましい。 In the polishing composition of the present invention, R 1 in formula (1) is S - or SR 11 , and R 2 is NR 23 R 24 (R 23 and R 24 are each independently a hydrogen atom or ), N=NR 25 (R 25 is a hydrocarbon group) or OR 26 (R 26 is a hetero It is a hydrocarbon group which may contain an atom.) is preferable.
本発明の研磨用組成物において、式(1)中のR1は、N-R12、NR13R14またはN=NR15であり、R2は、NR43R44(R43およびR44は、それぞれ独立して水素原子もしくはヘテロ原子を含んでもよい炭化水素基、または、互いに結合して複素環を形成する基である。)またはN=NR45(R45は炭化水素基である。)であることが好ましい。 In the polishing composition of the present invention, R 1 in formula (1) is N - R 12 , NR 13 R 14 or N=NR 15 , and R 2 is NR 43 R 44 (R 43 and R 44 is a hydrocarbon group which may each independently contain a hydrogen atom or a heteroatom, or a group which combines with each other to form a heterocycle.) or N=NR 45 (R 45 is a hydrocarbon group). ) is preferable.
本発明の研磨用組成物は、pHが2.0~11.0であることが好ましい。 The polishing composition of the present invention preferably has a pH of 2.0 to 11.0.
本発明の研磨用組成物における上記化合物の含有割合は、研磨用組成物の全質量に対して0.0001質量%以上10質量%以下であることが好ましい。 The content of the above-mentioned compound in the polishing composition of the present invention is preferably 0.0001% by mass or more and 10% by mass or less based on the total mass of the polishing composition.
本発明の研磨用組成物は、さらに砥粒を含有することが好ましい。 It is preferable that the polishing composition of the present invention further contains abrasive grains.
本発明の研磨方法は、上記本発明の研磨用組成物を研磨パッドに供給し、半導体集積回路装置の被研磨面と前記研磨パッドとを接触させて、両者間の相対運動により研磨する方法であって、前記被研磨面はコバルト、ルテニウムおよびモリブデンから選ばれる少なくとも1種を含む金属を有する研磨方法である。 The polishing method of the present invention is a method in which the polishing composition of the present invention is supplied to a polishing pad, the surface to be polished of a semiconductor integrated circuit device is brought into contact with the polishing pad, and polishing is performed by relative movement between the two. In this polishing method, the surface to be polished includes a metal containing at least one selected from cobalt, ruthenium, and molybdenum.
本発明の研磨方法は、例えば、コバルト、ルテニウムおよびモリブデンから選ばれる少なくとも1種を含む金属の埋め込み配線と絶縁層とが交互に配置されたパターンを有する半導体集積回路装置の製造において、溝を有する前記絶縁層上に、前記溝を埋めるように設けられた前記金属からなる金属層を上記本発明の研磨用組成物を用いて研磨する方法に用いられる。 The polishing method of the present invention can be used, for example, in the production of a semiconductor integrated circuit device having a pattern in which buried metal interconnects and insulating layers containing at least one selected from cobalt, ruthenium, and molybdenum are alternately arranged. It is used in the method of polishing a metal layer made of the metal provided on the insulating layer so as to fill the groove using the polishing composition of the present invention.
本発明の研磨用組成物および研磨方法によれば、コバルト、ルテニウム、モリブデン等の抵抗が低く細線化可能な金属を用いた、特にはこれらの金属を埋め込み配線として用いた、半導体集積回路装置の配線形成のためのCMPに用いられる組成物において、酸化剤を用いなくても高い研磨速度で金属層を研磨可能である。本研磨用組成物は、酸化剤を含有しないと、このような酸化剤に起因する金属配線の腐食や研磨装置の腐食を招くことなく、金属層を高い研磨速度で研磨可能である。さらに、上記半導体集積回路装置の配線形成のためのCMPにおいて、研磨停止層が用いられる場合に、研磨停止層の機能を弱めることなく十分に制御された研磨が可能である。また、金属層と絶縁膜の研磨速度を調整することも可能である。 According to the polishing composition and polishing method of the present invention, semiconductor integrated circuit devices using metals such as cobalt, ruthenium, molybdenum, etc., which have low resistance and can be made into thin wires, particularly those using these metals as embedded wiring, can be manufactured. In a composition used in CMP for forming wiring, a metal layer can be polished at a high polishing rate without using an oxidizing agent. When the present polishing composition does not contain an oxidizing agent, it is possible to polish a metal layer at a high polishing rate without causing corrosion of metal wiring or polishing equipment caused by such an oxidizing agent. Furthermore, when a polishing stop layer is used in the CMP for forming interconnections of the semiconductor integrated circuit device, well-controlled polishing is possible without weakening the function of the polishing stop layer. Furthermore, it is also possible to adjust the polishing speed of the metal layer and the insulating film.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に合致する限り、他の実施の形態も本発明の範疇に属し得る。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments, and other embodiments may also belong to the scope of the present invention as long as they meet the spirit of the present invention.
本明細書において、式(1)で示される化合物を化合物(1)という。他の式で示される化合物または基においても、化合物名または基の名称の代わりに式番号を化合物または基の略称として用いる。 In this specification, the compound represented by formula (1) is referred to as compound (1). For compounds or groups represented by other formulas, the formula number is used as an abbreviation of the compound or group instead of the name of the compound or group.
本明細書において、数値範囲を表す「~」では、上下限を含む。 In this specification, "~" representing a numerical range includes the upper and lower limits.
本発明の研磨用組成物(以下、「本研磨用組成物」ともいう。)は、上記式(1)で示される化合物(1)と水を含有することを特徴とする。 The polishing composition of the present invention (hereinafter also referred to as "the present polishing composition") is characterized by containing the compound (1) represented by the above formula (1) and water.
本研磨用組成物は、半導体集積回路の埋め込み配線の形成に用いられる金属層を研磨する用途に好適に用いられる。金属層は、埋め込み配線となる金属層であってもよく、銅配線を形成する際に用いられるバリア層のように埋め込み配線以外の金属層であってもよい。本研磨用組成物は、特に埋め込み配線となる金属層を研磨するのに好適に用いられる。 The present polishing composition is suitably used for polishing a metal layer used for forming embedded wiring in a semiconductor integrated circuit. The metal layer may be a metal layer that becomes a buried wiring, or may be a metal layer other than a buried wiring, such as a barrier layer used when forming a copper wiring. The polishing composition of the present invention is particularly suitable for polishing metal layers that become embedded wiring.
金属層は、該金属層を構成する金属が、コバルト(Co)、ルテニウム(Ru)およびモリブデン(Mo)から選ばれる少なくとも1種を含む金属(以下、「金属M」ともいう。)であるのが好ましい。これらのうちでも、金属Mが、Ruを含む場合に本発明の効果が特に顕著である。金属MはCo、Ru、Moのそれぞれ1種を含んでもよく、2種以上を含んでもよい。また、Co、Ru、Mo以外の他の金属を含んでいてもよい。金属Mが複数の金属を含む場合、合金であっても、混合物であってもよい。 The metal layer is a metal (hereinafter also referred to as "metal M") containing at least one selected from cobalt (Co), ruthenium (Ru), and molybdenum (Mo). is preferred. Among these, the effect of the present invention is particularly remarkable when the metal M contains Ru. The metal M may contain one type each of Co, Ru, and Mo, or may contain two or more types. Further, metals other than Co, Ru, and Mo may be included. When the metal M includes a plurality of metals, it may be an alloy or a mixture.
以下、金属Mからなる金属配線を有する半導体集積回路装置に適用する場合を中心に説明するが、本発明に係る研磨用組成物は、金属配線研磨用であれば、その他の場合においても使用できる。 The following explanation will focus on the case where it is applied to a semiconductor integrated circuit device having metal wiring made of metal M, but the polishing composition according to the present invention can also be used in other cases as long as it is used for polishing metal wiring. .
図1および図2は、CMPによる埋め込み配線形成時の研磨工程を説明するために、模式的に示す半導体集積回路装置の断面図である。図1は研磨前の状態を示し、図2は研磨後の状態を示す。これらの図面における各部材の構成は典型的な構成であって、本発明はこれに限定されない。 1 and 2 are cross-sectional views of a semiconductor integrated circuit device schematically shown in order to explain a polishing process when forming buried wiring by CMP. FIG. 1 shows the state before polishing, and FIG. 2 shows the state after polishing. The configuration of each member in these drawings is a typical configuration, and the present invention is not limited thereto.
図1に示す研磨前の半導体集積回路装置10は、半導体基板1上に絶縁層2、研磨停止層3、金属Mからなる金属層4がその順に形成されている。絶縁層2は溝を有し、研磨停止層3は絶縁層2上に絶縁層2の表面形状に追従する形に形成されている。金属層4は、研磨停止層3上に溝を埋める形で形成されている。
In the semiconductor integrated
図2は、図1に示す研磨前の半導体集積回路装置10を研磨対象として、本研磨用組成物を用いてCMPを行い、金属層4のみを研磨し(第1研磨工程)、次いで、金属層4、研磨停止層3、および絶縁層2を研磨して(第2研磨工程)、表面を平坦化した後の、埋め込み配線6と絶縁層2とが交互に配置されたパターンを有する半導体集積回路装置11の断面図である。
FIG. 2 shows that the semiconductor integrated
本研磨用組成物は、化合物(1)を含有することで、例えば、上記図1および図2に示す半導体集積回路装置の配線形成のためのCMPにおいて、酸化剤を用いなくても、金属層、特には、コバルト、ルテニウムおよびモリブデンから選ばれる少なくとも1種を含む金属からなる金属層を高い研磨速度で研磨可能である。 By containing the compound (1), the polishing composition of the present invention can be used, for example, in CMP for forming wiring of a semiconductor integrated circuit device shown in FIGS. 1 and 2, without using an oxidizing agent. In particular, a metal layer made of a metal containing at least one selected from cobalt, ruthenium, and molybdenum can be polished at a high polishing rate.
本研磨用組成物によれば、金属層4のみを研磨する第1研磨工程において、高い研磨速度が達成可能であり、生産効率の向上に貢献できる。さらに、金属層4、研磨停止層3、および絶縁層2を研磨する第2研磨工程において、金属層4、研磨停止層3、および絶縁層2を均等に研磨可能であり、被研磨面の平坦性が担保された研磨が可能である。本研磨用組成物によれば、酸化剤を用いない場合、得られる埋め込み配線6を構成する金属Mを腐食することが殆どなく、信頼性の高い半導体集積回路装置11が得られる。また、研磨装置の腐食等の問題がない。なお、研磨方法の詳細については後述する。
According to the present polishing composition, a high polishing rate can be achieved in the first polishing step of polishing only the metal layer 4, and can contribute to improving production efficiency. Furthermore, in the second polishing step of polishing the metal layer 4, the polishing stop layer 3, and the insulating
以下、本発明の研磨用組成物に含有される各成分、およびpHについて説明する。本研磨用組成物は化合物(1)と、酸化セリウム粒子と、水と、を必須成分とする。本研磨用組成物は任意成分として、pH調整剤、砥粒、防錆剤、分散剤等を含有してもよい。 Hereinafter, each component contained in the polishing composition of the present invention and the pH will be explained. This polishing composition contains the compound (1), cerium oxide particles, and water as essential components. The present polishing composition may contain optional components such as a pH adjuster, abrasive grains, a rust preventive, and a dispersant.
<化合物(1)>
化合物(1)は、下記式(1)で示される。
<Compound (1)>
Compound (1) is represented by the following formula (1).
式(1)中、R1は、S-、SR11(R11は水素原子またはヘテロ原子を含んでもよい炭化水素基である。)、N-R12(R12は水素原子またはヘテロ原子を含んでもよい炭化水素基である。)、NR13R14(R13およびR14は、それぞれ独立して水素原子もしくはヘテロ原子を含んでもよい炭化水素基、または、互いに結合して複素環を形成する基である。)、またはN=NR15(R15は炭化水素基である。)であり、R2はヘテロ原子を含んでもよい炭化水素基である。X+は一価カチオンであり、nはR1がS-またはN-R12の場合1であり、それ以外の場合0である。 In formula (1), R 1 is S - , SR 11 (R 11 is a hydrocarbon group which may contain a hydrogen atom or a hetero atom), N - R 12 (R 12 is a hydrogen atom or a hetero atom). ), NR 13 R 14 (R 13 and R 14 are each independently a hydrocarbon group that may contain a hydrogen atom or a hetero atom, or are bonded to each other to form a heterocycle) ), or N=NR 15 (R 15 is a hydrocarbon group), and R 2 is a hydrocarbon group which may contain a heteroatom. X + is a monovalent cation and n is 1 when R 1 is S − or N − R 12 and 0 otherwise.
式(1)の説明において、炭化水素基は、飽和であっても不飽和であってもよく、鎖状、分岐状、環状およびこれらを組み合わせた構造であってもよい。炭素原子数は、1~11が好ましく、1~8がより好ましい。ヘテロ原子としては、S、N、O等が挙げられる。ヘテロ原子は、炭素-炭素原子間にあってもよく、炭化水素基が結合する側の末端にあってもよい。また、ヘテロ原子は、炭素原子に結合する水素原子を置換する形で存在してもよく、炭素原子に結合する水素原子を置換する基に含まれていてもよい。ヘテロ原子を含む水素原子を置換する基として具体的には、水酸基、メルカプト基、アミノ基が挙げられる。 In the description of formula (1), the hydrocarbon group may be saturated or unsaturated, and may have a chain, branched, cyclic, or combination thereof. The number of carbon atoms is preferably 1 to 11, more preferably 1 to 8. Examples of heteroatoms include S, N, O, and the like. The heteroatom may be located between carbon atoms or at the end to which a hydrocarbon group is bonded. Further, the heteroatom may be present in a form substituting a hydrogen atom bonded to a carbon atom, or may be included in a group substituting a hydrogen atom bonded to a carbon atom. Specific examples of the group substituting a hydrogen atom containing a heteroatom include a hydroxyl group, a mercapto group, and an amino group.
化合物(1)中、R1はS-、SR11、N-R12、NR13R14、またはN=NR15である。ただし、R11~R15は、上記のとおりである。R1において、S=Cの炭素原子に結合する原子はSまたはNの2種類である。すなわち、化合物(1)は、R1の種類によって、大きく2種類に分類できる。R1におけるS=Cの炭素原子に結合する原子がSの場合の化合物(1)を、以下、化合物(1S)という。R1におけるS=Cの炭素原子に結合する原子がNの場合の化合物(1)を、以下、化合物(1N)という。 In compound (1), R 1 is S − , SR 11 , N − R 12 , NR 13 R 14 , or N=NR 15 . However, R 11 to R 15 are as described above. In R 1 , there are two types of atoms bonded to the carbon atom of S═C: S or N. That is, compound (1) can be roughly classified into two types depending on the type of R 1 . Compound (1) in which the atom bonded to the carbon atom of S=C in R 1 is S is hereinafter referred to as compound (1S). Compound (1) in which the atom bonded to the carbon atom of S=C in R 1 is N is hereinafter referred to as compound (1N).
化合物(1)は、R1がS-またはN-R12の場合、一価のアニオンであり、対カチオンとして、一価のカチオンであるX+を有する。X+の種類は特に制限されず、R1またはR2の種類に応じて適宜選択される。 Compound (1) is a monovalent anion when R 1 is S - or N - R 12 , and has X + , which is a monovalent cation, as a counter cation. The type of X + is not particularly limited and is appropriately selected depending on the type of R 1 or R 2 .
化合物(1)中、R2はヘテロ原子を含んでもよい炭化水素基である。炭化水素基およびヘテロ原子の種類は上記のとおりである。R2の種類は、R1の種類に応じて適宜選択される。R1がいずれの場合であっても、R2においてS=Cの炭素原子に結合する原子はヘテロ原子であることが好ましい。以下、化合物(1S)および化合物(1N)における好ましい態様を説明する。 In compound (1), R 2 is a hydrocarbon group that may contain a heteroatom. The types of hydrocarbon groups and heteroatoms are as described above. The type of R 2 is appropriately selected depending on the type of R 1 . In any case of R 1 , the atom bonded to the carbon atom of S═C in R 2 is preferably a heteroatom. Preferred embodiments of compound (1S) and compound (1N) will be described below.
化合物(1S)において、R1がS-の場合を化合物(1Si)、R1がSR11の場合を化合物(1Sii)とする。 In compound (1S), when R 1 is S - , the compound is referred to as compound (1Si), and when R 1 is SR 11 , it is referred to as compound (1Sii).
化合物(1Si)の場合、R2としては、炭素数1~7のアルキル基、炭素数6~10のアリール基または炭素数7~11のアルアルキル基が挙げられる。これらの炭化水素基が有するアルキル基は、鎖状、分岐状、環状およびこれらを組み合わせた構造であってよい。また、これらの炭化水素基は、炭素-炭素原子間、および/またはS=Cの炭素原子に結合する原子として、ヘテロ原子を有していてもよい。また、炭素原子に結合する水素原子を置換する原子や置換基にヘテロ原子を有してもよい。 In the case of compound (1Si), examples of R 2 include an alkyl group having 1 to 7 carbon atoms, an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, or an aralkyl group having 7 to 11 carbon atoms. The alkyl group that these hydrocarbon groups have may have a chain, branched, cyclic, or combination thereof. Further, these hydrocarbon groups may have a heteroatom between carbon atoms and/or as an atom bonded to a carbon atom of S═C. Further, an atom or a substituent substituting a hydrogen atom bonded to a carbon atom may have a heteroatom.
化合物(1Si)において、R2は、S=Cの炭素原子に結合する原子がヘテロ原子であるのが好ましく、該ヘテロ原子はNまたはOであるのが好ましい。R2として具体的には、NR23R24(R23およびR24は、それぞれ独立して水素原子もしくはヘテロ原子を含んでもよい炭化水素基、または、互いに結合して複素環を形成する基である。)、N=NR25(R25は炭化水素基である。)、OR26(R26はヘテロ原子を含んでもよい炭化水素基である。)が挙げられる。 In compound (1Si), in R 2 , the atom bonded to the carbon atom of S═C is preferably a heteroatom, and the heteroatom is preferably N or O. Specifically, R 2 is NR 23 R 24 (R 23 and R 24 are each independently a hydrocarbon group that may contain a hydrogen atom or a hetero atom, or a group that combines with each other to form a heterocycle). ), N=NR 25 (R 25 is a hydrocarbon group), and OR 26 (R 26 is a hydrocarbon group which may contain a hetero atom).
R23、R24、R25、R26としては、それぞれ独立して、炭素数1~7のアルキル基、炭素数6~10のアリール基または炭素数7~11のアルアルキル基が挙げられる。アルキル基の場合、炭素数は1~3がより好ましい。アリール基の場合、炭素数は6~7がより好ましい。アルアルキル基の場合、炭素数は7~8がより好ましい。なお、上記におけるアルキル基、アリール基やアルアルキル基が有するアルキレン基やアルキル基は、鎖状、分岐状、環状およびこれらを組み合わせた構造であってよい。 R 23 , R 24 , R 25 and R 26 each independently include an alkyl group having 1 to 7 carbon atoms, an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, or an aralkyl group having 7 to 11 carbon atoms. In the case of an alkyl group, the number of carbon atoms is more preferably 1 to 3. In the case of an aryl group, the number of carbon atoms is more preferably 6 to 7. In the case of an aralkyl group, the number of carbon atoms is more preferably 7 to 8. Note that the alkylene group or alkyl group contained in the alkyl group, aryl group, or aralkyl group mentioned above may have a chain, branched, cyclic, or a combination of these structures.
また、R23、R24、R26における炭化水素基は、炭素-炭素原子間、および/またはS=Cの炭素原子に結合する原子として、ヘテロ原子を有していてもよい。また、炭素原子に結合する水素原子を置換する原子や置換基にヘテロ原子を有してもよい。R23およびR24が互いに結合して環を形成している場合、Nを含む複素環の員数は3~7が挙げられ、5~6が好ましい。さらに、Nを含む複素環の環を構成する原子に結合する水素原子は、炭素数1~3のアルキル基、炭素数6~10のアリール基または炭素数7~11のアルアルキル基、OH基に置換されていてもよい。 Furthermore, the hydrocarbon group in R 23 , R 24 , and R 26 may have a heteroatom as an atom bonded between carbon atoms and/or to a carbon atom in S═C. Further, an atom or a substituent substituting a hydrogen atom bonded to a carbon atom may have a heteroatom. When R 23 and R 24 are bonded to each other to form a ring, the number of members of the N-containing heterocycle is 3 to 7, preferably 5 to 6. Furthermore, the hydrogen atom bonded to the atom constituting the ring of the N-containing heterocycle is an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 11 carbon atoms, or an OH group. may be replaced with .
化合物(1Si)におけるR2として、具体的には、NR23R24およびOR26が好ましい。化合物(1Si)の具体例を表1に示す。表1中、「Ph」はフェニル基を示す。なお、X+の具体例は後述する。また、表1に示す化合物(1Si)のうち、好ましい化合物について、化学式を示す。表1には、化学式番号を併せて示す。 Specifically, R 2 in compound (1Si) is preferably NR 23 R 24 and OR 26 . Specific examples of compound (1Si) are shown in Table 1. In Table 1, "Ph" represents a phenyl group. Note that a specific example of X + will be described later. Further, among the compounds (1Si) shown in Table 1, chemical formulas of preferred compounds are shown. Table 1 also shows chemical formula numbers.
上記各式においてX+は一価カチオンを示す。
化合物(1Si)におけるX+として、具体的には、Na+、K+等のアルカリ金属イオン、NH4
+、NH3
+R51、NH2
+R52R53、NH+R54R55R56、N+R57R58R59R60等が挙げられる。R51、R52、R53、R54、R55、R56、R57、R58、R59、R60としては、それぞれ独立して、炭素数1~18のアルキル基、炭素数6~12のアリール基または炭素数7~13のアルアルキル基が挙げられる。アルキル基の場合、炭素数は1~4がより好ましい。アリール基の場合、炭素数は6~7がより好ましい。アルアルキル基の場合、炭素数は7~8がより好ましい。なお、上記におけるアルキル基、アリール基やアルアルキル基が有するアルキレン基やアルキル基は、鎖状、分岐状、環状およびこれらを組み合わせた構造であってよい。
In each of the above formulas, X + represents a monovalent cation.
Specific examples of X + in compound (1Si) include alkali metal ions such as Na + and K + , NH 4 + , NH 3 + R 51 , NH 2 + R 52 R 53 , NH + R 54 R 55 R 56 , N + R 57 R 58 R 59 R 60 , and the like. R 51 , R 52 , R 53 , R 54 , R 55 , R 56 , R 57 , R 58 , R 59 , and R 60 each independently represent an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, or an alkyl group having 6 to 18 carbon atoms; 12 aryl groups or aralkyl groups having 7 to 13 carbon atoms. In the case of an alkyl group, the number of carbon atoms is more preferably 1 to 4. In the case of an aryl group, the number of carbon atoms is more preferably 6 to 7. In the case of an aralkyl group, the number of carbon atoms is more preferably 7 to 8. Note that the alkylene group or alkyl group contained in the alkyl group, aryl group, or aralkyl group mentioned above may have a chain, branched, cyclic, or a combination of these structures.
なお、NH2 +R52R53において、R52およびR53が互いに結合して環を形成していてもよい。NH+R54R55R56において、R54、R55、R56のいずれか2つが互いに結合して環を形成していてもよい。N+R57R58R59R60において、R57、R58、R59、R60のいずれか2つが互いに結合して環を形成していてもよい。その場合、Nを含む複素環の員数は3~7が挙げられ、5~6が好ましい。さらに、Nを含む複素環の環を構成する原子に結合する水素原子は、炭素数1~3のアルキル基、炭素数6~10のアリール基または炭素数7~11のアルアルキル基に置換されていてもよい。 Note that in NH 2 + R 52 R 53 , R 52 and R 53 may be bonded to each other to form a ring. In NH + R 54 R 55 R 56 , any two of R 54 , R 55 , and R 56 may be bonded to each other to form a ring. In N + R 57 R 58 R 59 R 60 , any two of R 57 , R 58 , R 59 , and R 60 may be bonded to each other to form a ring. In this case, the number of members of the N-containing heterocycle is 3 to 7, preferably 5 to 6. Furthermore, the hydrogen atom bonded to the atom constituting the ring of the N-containing heterocycle is substituted with an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, or an aralkyl group having 7 to 11 carbon atoms. You can leave it there.
NH2 +R52R53として、具体的には、下記式(X-1)~(X-4)で示される一価カチオンが挙げられる。 Specific examples of NH 2 + R 52 R 53 include monovalent cations represented by the following formulas (X-1) to (X-4).
化合物(1Si)において、R2がNR23R24の場合、X+は、Na+、K+、NH4 +、NH2 +R52R53等が好ましい。また、X+がNH2 +R52R53の場合、R23、R24とR52、R53が同一であるのが好ましい。例えば、化合物(1Si-2)におけるX+は、カチオン(X-1)が好ましい。同様に、化合物(1Si-5)におけるX+は、カチオン(X-3)が、化合物(1Si-6)におけるX+は、カチオン(X-4)が、化合物(1Si-7)におけるX+は、カチオン(X-2)が、それぞれ好ましい。 In compound (1Si), when R 2 is NR 23 R 24 , X + is preferably Na + , K + , NH 4 + , NH 2 + R 52 R 53 or the like. Furthermore, when X + is NH 2 + R 52 R 53 , R 23 and R 24 are preferably the same as R 52 and R 53 . For example, X + in compound (1Si-2) is preferably a cation (X-1). Similarly, X + in compound (1Si-5) is the cation (X-3), X + in compound (1Si-6) is the cation (X-4), and X + in compound (1Si-7) is The cation (X-2) is preferable.
化合物(1Si)において、R2がOR26の場合、X+は、Na+、K+等のアルカリ金属イオンが好ましく、K+がより好ましい。なお、化合物(1Si)は、必要に応じて水和物として用いてもよい。例えば、化合物(1Si-1)において、X+がNa+の場合、該化合物の二水和物が知られているが、このような水和物を本研磨用組成物に用いてもよい。ただし、その場合、後述に示す化合物(1)の含有量は、水和物のH2Oを除いた量として示される。 In compound (1Si), when R 2 is OR 26 , X + is preferably an alkali metal ion such as Na + or K + , and more preferably K + . In addition, compound (1Si) may be used as a hydrate if necessary. For example, when X + is Na + in compound (1Si-1), a dihydrate of the compound is known, and such a hydrate may be used in the present polishing composition. However, in that case, the content of compound (1) shown below is shown as the amount excluding H 2 O of the hydrate.
化合物(1Sii)において、R1はSR11であり、R11としてはヘテロ原子を含んでもよい炭化水素基が好ましい。R11としては、例えば、S-C(=S)-R3が挙げられる。ここで、R3としては、R2と同様の基が挙げられる。 In compound (1Sii), R 1 is SR 11 , and R 11 is preferably a hydrocarbon group that may contain a hetero atom. Examples of R 11 include SC(=S)-R 3 . Here, examples of R 3 include the same groups as R 2 .
化合物(1Sii)におけるR2は、上記化合物(1Si)の場合のR2と好ましい態様を含めて同様にできる。化合物(1Sii)として、具体的には、以下の化合物(1Sii-1)が挙げられる。 R 2 in compound (1Sii) can be the same as R 2 in compound (1Si) above, including preferred embodiments. Specific examples of the compound (1Sii) include the following compound (1Sii-1).
化合物(1N)において、R1がNR13R14の場合を化合物(1Ni)、R1がN=NR15の場合を化合物(1Nii)、R1がN-R12の場合を化合物(1Niii)とする。 In compound (1N), when R 1 is NR 13 R 14 , it is called compound (1Ni), when R 1 is N=NR 15 , it is called compound (1Nii), and when R 1 is N - R 12 , it is called compound (1Niii). shall be.
化合物(1Ni)におけるNR13R14のR13およびR14は、それぞれ独立して水素原子もしくはヘテロ原子を含んでもよい炭化水素基、または、互いに結合して複素環を形成する基である。R13およびR14は、両方が水素原子であるのが好ましく、いずれか一方が水素原子であり、もう一方がヘテロ原子を含む炭化水素基であることがより好ましい。ヘテロ原子を含んでもよい炭化水素基としては、炭素数1~7のアルキル基、炭素数6~10のアリール基または炭素数7~11のアルアルキル基が挙げられる。アルキル基の場合、炭素数は1~3がより好ましい。アリール基の場合、炭素数は6~7がより好ましい。アルアルキル基の場合、炭素数は7~8がより好ましい。なお、上記におけるアルキル基、アリール基やアルアルキル基が有するアルキレン基やアルキル基は、鎖状、分岐状、環状およびこれらを組み合わせた構造であってよい。 R 13 and R 14 of NR 13 R 14 in compound (1Ni) are each independently a hydrocarbon group that may contain a hydrogen atom or a hetero atom, or a group that combines with each other to form a heterocycle. R 13 and R 14 are preferably both hydrogen atoms, more preferably one of them is a hydrogen atom, and the other is a hydrocarbon group containing a hetero atom. Examples of the hydrocarbon group which may contain a heteroatom include an alkyl group having 1 to 7 carbon atoms, an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, and an aralkyl group having 7 to 11 carbon atoms. In the case of an alkyl group, the number of carbon atoms is more preferably 1 to 3. In the case of an aryl group, the number of carbon atoms is more preferably 6 to 7. In the case of an aralkyl group, the number of carbon atoms is more preferably 7 to 8. Note that the alkylene group or alkyl group contained in the alkyl group, aryl group, or aralkyl group mentioned above may have a chain, branched, cyclic, or a combination of these structures.
また、これらの炭化水素基は、炭素-炭素原子間、および/または窒素原子に結合する原子として、ヘテロ原子を有していてもよい。窒素原子に結合するヘテロ原子としては窒素原子が好ましい。R13およびR14のいずれか一方がヘテロ原子を有する炭化水素基の場合、該基としては、NR33R34が好ましい。R33およびR34は、それぞれ独立して水素原子もしくはヘテロ原子を含んでもよい炭化水素基、または、互いに結合して複素環を形成する基である。 Further, these hydrocarbon groups may have a heteroatom between carbon atoms and/or as an atom bonded to a nitrogen atom. A nitrogen atom is preferred as the heteroatom bonded to a nitrogen atom. When either R 13 or R 14 is a hydrocarbon group having a hetero atom, the group is preferably NR 33 R 34 . R 33 and R 34 are each independently a hydrocarbon group that may contain a hydrogen atom or a hetero atom, or a group that combines with each other to form a heterocycle.
化合物(1Ni)において、R2としては炭素原子またはヘテロ原子を含む炭化水素基が挙げられる。R2は、S=Cの炭素原子に結合する原子が炭素原子であるのが好ましい。R2として具体的には、CH3、CH2CH3、C(=S)NH2、C(=O)OCH2CH3、Ph、CH2Ph、PhCl(オルト体, メタ体, パラ体),PhCF3(オルト体, メタ体, パラ体)、PhOH(オルト体, メタ体, パラ体)、2-Py、3-Py,4-Pyが挙げられる。なお、前記「Py」はピリジル基を示す。また、R2として具体的には、化合物(1Si)の場合のR2と同様の基も挙げられる。化合物(1Ni)において、R2は、S=Cの炭素原子に結合する原子がヘテロ原子であるのも好ましく、該ヘテロ原子は窒素原子であるのが好ましい。R2として具体的には、NR43R44(R43およびR44は、それぞれ独立して水素原子もしくはヘテロ原子を含んでもよい炭化水素基、または、互いに結合して複素環を形成する基である。)またはN=NR45(R45は炭化水素基である。)が挙げられる。 In compound (1Ni), R 2 includes a hydrocarbon group containing a carbon atom or a heteroatom. In R 2 , the atom bonded to the carbon atom of S═C is preferably a carbon atom. Specifically, R 2 includes CH 3 , CH 2 CH 3 , C(=S)NH 2 , C(=O)OCH 2 CH 3 , Ph, CH 2 Ph, PhCl (ortho form, meta form, para form). ), PhCF 3 (ortho form, meta form, para form), PhOH (ortho form, meta form, para form), 2-Py, 3-Py, and 4-Py. In addition, the said "Py" shows a pyridyl group. Further, specific examples of R 2 include the same groups as R 2 in the case of compound (1Si). In compound (1Ni), it is also preferable that the atom bonded to the carbon atom of S═C in R 2 is a heteroatom, and the heteroatom is preferably a nitrogen atom. Specifically, R 2 is NR 43 R 44 (R 43 and R 44 are each independently a hydrocarbon group that may contain a hydrogen atom or a hetero atom, or a group that combines with each other to form a heterocycle). ) or N=NR 45 (R 45 is a hydrocarbon group).
R43、R44、R45としては、それぞれ独立して、炭素数1~7のアルキル基、炭素数6~10のアリール基または炭素数7~11のアルアルキル基が挙げられる。アルキル基の場合、炭素数は1~3がより好ましい。アリール基の場合、炭素数は6~7がより好ましい。アルアルキル基の場合、炭素数は7~8がより好ましい。なお、上記におけるアルキル基、アリール基やアルアルキル基が有するアルキレン基やアルキル基は、鎖状、分岐状、環状およびこれらを組み合わせた構造であってよい。 R 43 , R 44 and R 45 each independently include an alkyl group having 1 to 7 carbon atoms, an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, or an aralkyl group having 7 to 11 carbon atoms. In the case of an alkyl group, the number of carbon atoms is more preferably 1 to 3. In the case of an aryl group, the number of carbon atoms is more preferably 6 to 7. In the case of an aralkyl group, the number of carbon atoms is more preferably 7 to 8. Note that the alkylene group or alkyl group contained in the alkyl group, aryl group, or aralkyl group mentioned above may have a chain, branched, cyclic, or a combination of these structures.
また、R43、R44における炭化水素基は、炭素-炭素原子間、および/またはS=Cの炭素原子に結合する原子として、ヘテロ原子を有していてもよい。R43およびR44が互いに結合して環を形成している場合、Nを含む複素環の員数は3~7が挙げられ、5~6が好ましい。さらに、Nを含む複素環の環を構成する原子に結合する水素原子は、炭素数1~3のアルキル基、炭素数6~10のアリール基または炭素数7~11のアルアルキル基に置換されていてもよい。 Further, the hydrocarbon group in R 43 and R 44 may have a hetero atom as an atom bonded between carbon atoms and/or to a carbon atom of S═C. When R 43 and R 44 are bonded to each other to form a ring, the number of members of the N-containing heterocycle is 3 to 7, preferably 5 to 6. Furthermore, the hydrogen atom bonded to the atom constituting the ring of the N-containing heterocycle is substituted with an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, or an aralkyl group having 7 to 11 carbon atoms. You can leave it there.
化合物(1Nii)におけるN=NR15のR15は炭化水素基である。炭化水素基としては、炭素数1~7のアルキル基、炭素数6~10のアリール基または炭素数7~11のアルアルキル基が挙げられる。アルキル基の場合、炭素数は1~3がより好ましい。アリール基の場合、炭素数は6~7がより好ましい。アルアルキル基の場合、炭素数は7~8がより好ましい。なお、上記におけるアルキル基、アリール基やアルアルキル基が有するアルキレン基やアルキル基は、鎖状、分岐状、環状およびこれらを組み合わせた構造であってよい。 R 15 in N=NR 15 in compound (1Nii) is a hydrocarbon group. Examples of the hydrocarbon group include an alkyl group having 1 to 7 carbon atoms, an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, and an aralkyl group having 7 to 11 carbon atoms. In the case of an alkyl group, the number of carbon atoms is more preferably 1 to 3. In the case of an aryl group, the number of carbon atoms is more preferably 6 to 7. In the case of an aralkyl group, the number of carbon atoms is more preferably 7 to 8. Note that the alkylene group or alkyl group contained in the alkyl group, aryl group, or aralkyl group mentioned above may have a chain, branched, cyclic, or a combination of these structures.
化合物(1Nii)におけるR2として、化合物(1Ni)の場合のR2と同様の基が挙げられ、好ましい態様も同様にできる。 Examples of R 2 in compound (1Nii) include the same groups as R 2 in compound (1Ni), and preferred embodiments can also be made in the same manner.
化合物(1Niii)におけるN-R12のR12は水素原子またはヘテロ原子を含んでもよい炭化水素基である。R12としては、R13、R14と同様の態様が挙げられる。化合物(1Niii)におけるX+としては、化合物(1Si)におけるX+と同様の態様が挙げられる。また、化合物(1Niii)におけるR2は、上記化合物(1Ni)の場合のR2と好ましい態様を含めて同様にできる。 R 12 of N - R 12 in compound (1Niii) is a hydrogen atom or a hydrocarbon group which may contain a hetero atom. Examples of R 12 include the same embodiments as R 13 and R 14 . Examples of X + in compound (1Niii) include the same embodiments as X + in compound (1Si). Further, R 2 in compound (1Niii) can be the same as R 2 in the above compound (1Ni), including preferred embodiments.
化合物(1Ni)および化合物(1Nii)の具体例を表2に示す。表2中、「Ph」はフェニル基を示す。また、表2に示す化合物(1Ni)および化合物(1Nii)のうち、好ましい化合物について、化学式を示す。表2には、化学式番号を併せて示す。 Specific examples of compound (1Ni) and compound (1Nii) are shown in Table 2. In Table 2, "Ph" represents a phenyl group. Further, chemical formulas are shown for preferred compounds among the compound (1Ni) and compound (1Nii) shown in Table 2. Table 2 also shows the chemical formula numbers.
これらの化合物(1)の中でも、化合物(1Si-1)~(1Si-7)、化合物(1Sii-21)~(1Sii-25)、化合物(1Ni-1)、(1Ni-2)、化合物(1Nii-1)(1Nii-2)が好ましく、(1Si-1)、(1Si-2)、(1Si-4)、(1Si-5)、(1Si-6)がより好ましい。本研磨用組成物は、化合物(1)の1種のみを含有しても、2種以上を含有してもよい。 Among these compounds (1), compounds (1Si-1) to (1Si-7), compounds (1Sii-21) to (1Sii-25), compounds (1Ni-1), (1Ni-2), and compounds ( 1Nii-1) (1Nii-2) are preferred, and (1Si-1), (1Si-2), (1Si-4), (1Si-5), and (1Si-6) are more preferred. The present polishing composition may contain only one type of compound (1), or may contain two or more types of compound (1).
本研磨用組成物における化合物(1)の含有量は、研磨用組成物の全質量に対して0.0001質量%以上10質量%以下が好ましく、0.005質量%以上5質量%以下がより好ましく、0.01質量%以上1質量%以下がさらに好ましい。本研磨用組成物における化合物(1)の含有量は、研磨用組成物に対して3×10-7モル/kg以上7×10-2モル/kg以下が好ましく、2×10-5モル/kg以上4×10-2モル/kgがより好ましく、4×10-5モル/kg以上7×10-3モル/kg以下がさらに好ましい。 The content of compound (1) in the present polishing composition is preferably 0.0001% by mass or more and 10% by mass or less, more preferably 0.005% by mass or more and 5% by mass or less based on the total mass of the polishing composition. Preferably, 0.01% by mass or more and 1% by mass or less is more preferable. The content of compound (1) in the present polishing composition is preferably from 3×10 −7 mol/kg to 7×10 −2 mol/kg, and 2×10 −5 mol/kg to the polishing composition. The amount is more preferably 4×10 −2 mol/kg or more, and even more preferably 4×10 −5 mol/kg or more and 7×10 −3 mol/kg or less.
化合物(1)の含有量を0.0001質量%以上とすることで、本研磨用組成物は、高い研磨速度で金属層、特には、金属Mからなる金属層を研磨可能である。化合物(1)の含有量を10質量%以下とすることで、金属層の腐食の防止や砥粒の凝集を防止することが可能である。化合物(1)の含有量を3×10-7モル/kg以上とすることで、本研磨用組成物は、高い研磨速度で金属層、特には、金属Mからなる金属層を研磨可能である。化合物(1)の含有量を7×10-2モル/kg以下とすることで、金属層の腐食の防止や砥粒の凝集を防止することが可能である。 By setting the content of compound (1) to 0.0001% by mass or more, the present polishing composition can polish a metal layer, particularly a metal layer made of metal M, at a high polishing rate. By controlling the content of compound (1) to 10% by mass or less, it is possible to prevent corrosion of the metal layer and prevent aggregation of abrasive grains. By setting the content of compound (1) to 3 x 10 -7 mol/kg or more, the present polishing composition can polish a metal layer, particularly a metal layer made of metal M, at a high polishing rate. . By controlling the content of compound (1) to 7×10 −2 mol/kg or less, it is possible to prevent corrosion of the metal layer and agglomeration of abrasive grains.
<砥粒>
本研磨用組成物は、必須成分として、砥粒として酸化セリウム粒子を含有する。本研磨用組成物は、酸化セリウム粒子を含有しているため、高い研磨速度で、金属層、特には、金属Mからなる金属層を研磨することができる。また、被研磨面に金属層と酸化ケイ素等からなる絶縁膜等が混在し、当該混在した膜を同時に平坦化する場合において、絶縁膜等の研磨速度の調整ができる。
<Abrasive>
This polishing composition contains cerium oxide particles as an abrasive grain as an essential component. Since this polishing composition contains cerium oxide particles, it can polish a metal layer, particularly a metal layer made of metal M, at a high polishing rate. Further, when a metal layer and an insulating film made of silicon oxide or the like coexist on the surface to be polished and the mixed films are planarized at the same time, the polishing rate of the insulating film etc. can be adjusted.
本研磨用組成物は、酸化セリウム(セリア)に加えて、その他の公知の砥粒を含有してもよい。ここで含有できる砥粒としては、酸化ケイ素(シリカ)、酸化アルミニウム(アルミナ)、酸化ジルコニウム(ジルコニア)、酸化チタン(チタニア)、酸化クロム、酸化鉄、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化ゲルマニウム、酸化マンガン等の金属酸化物、ダイヤモンド、炭化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ホウ素等からなる微粒子が挙げられる。 The present polishing composition may contain other known abrasive grains in addition to cerium oxide (ceria). Abrasive grains that can be contained here include silicon oxide (silica), aluminum oxide (alumina), zirconium oxide (zirconia), titanium oxide (titania), chromium oxide, iron oxide, tin oxide, zinc oxide, germanium oxide, and manganese oxide. Examples include fine particles made of metal oxides such as diamond, silicon carbide, boron carbide, boron nitride, and the like.
本研磨用組成物に含有される酸化セリウム粒子は、砥粒として用いられる粒子であれば特に限定されないが、例えば、特開平11-12561号公報や特開2001-35818号公報に記載された方法で製造された酸化セリウム粒子が使用できる。すなわち、硝酸セリウム(IV)アンモニウム水溶液にアルカリを加えて水酸化セリウムゲルを作製し、これをろ過、洗浄、焼成して得られた酸化セリウム粒子、または高純度の炭酸セリウムを粉砕後焼成し、さらに粉砕、分級して得られた酸化セリウム粒子を使用できる。また、特表2010-505735号に記載されているように、液中でセリウム(III)塩を化学的に酸化して得られた酸化セリウム粒子も使用できる。 The cerium oxide particles contained in the present polishing composition are not particularly limited as long as they can be used as abrasive grains, but for example, the method described in JP-A-11-12561 and JP-A-2001-35818 can be used. Cerium oxide particles manufactured by can be used. That is, a cerium hydroxide gel is created by adding an alkali to an aqueous cerium (IV) ammonium nitrate solution, and then cerium oxide particles are obtained by filtering, washing, and firing, or high-purity cerium carbonate is crushed and fired, and then Cerium oxide particles obtained by pulverization and classification can be used. Furthermore, as described in Japanese Patent Publication No. 2010-505735, cerium oxide particles obtained by chemically oxidizing cerium (III) salt in a liquid can also be used.
砥粒の粒子径は、平均二次粒子径で10nm以上200nm以下が好ましい。砥粒は研磨用組成物中において一次粒子が凝集した凝集粒子(二次粒子)として存在しているので、砥粒の好ましい粒子径を、平均二次粒子径で表すものとする。平均二次粒子径200nm超では、砥粒径が大きすぎて砥粒の濃度を大きくすることが困難となり、10nm未満では、研磨速度の向上が困難となる。砥粒の平均二次粒子径は、好ましくは20nm以上120nm以下の範囲である。平均二次粒子径は、純水等の分散媒中に分散した分散液を用いて、レーザー回折・散乱式等の粒度分布計を使用して測定される。 The particle size of the abrasive grains is preferably 10 nm or more and 200 nm or less in terms of average secondary particle size. Since the abrasive grains exist in the polishing composition as agglomerated particles (secondary particles) in which primary particles are aggregated, the preferred particle size of the abrasive grains is expressed by the average secondary particle size. If the average secondary particle diameter exceeds 200 nm, the abrasive grain diameter is too large and it becomes difficult to increase the concentration of abrasive grains, and if the average secondary particle diameter is less than 10 nm, it becomes difficult to improve the polishing rate. The average secondary particle diameter of the abrasive grains is preferably in the range of 20 nm or more and 120 nm or less. The average secondary particle diameter is measured using a particle size distribution analyzer such as a laser diffraction/scattering type using a dispersion liquid dispersed in a dispersion medium such as pure water.
砥粒は酸化セリウム粒子を単独で用いてもよく、その他の砥粒を用い2種以上を併用してもよい。なお、酸化セリウム粒子とその他の砥粒を併用する場合、砥粒中に酸化セリウム粒子を0.5質量%以上含有することが好ましく、20質量%以上含有することがより好ましく、100質量%であることが特に好ましい。 As the abrasive grains, cerium oxide particles may be used alone, or two or more types of other abrasive grains may be used in combination. In addition, when using cerium oxide particles and other abrasive grains together, it is preferable that the abrasive grains contain cerium oxide particles in an amount of 0.5% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, and 100% by mass. It is particularly preferable that there be.
砥粒を用いる場合、本研磨用組成物の全質量に対する砥粒の割合は、0.005質量%以上10質量%以下が好ましく、0.01質量%以上5質量%以下がより好ましく、0.05質量%以上2質量%以下がさらに好ましく、0.05質量%以上1質量%以下がより一層好ましく、0.05質量%以上0.6質量%以下が特に好ましい。 When using abrasive grains, the ratio of the abrasive grains to the total mass of the polishing composition is preferably 0.005% by mass or more and 10% by mass or less, more preferably 0.01% by mass or more and 5% by mass or less, and 0.005% by mass or more and 10% by mass or less, more preferably 0.01% by mass or more and 5% by mass or less. It is more preferably 0.05% by mass or more and 2% by mass or less, even more preferably 0.05% by mass or more and 1% by mass or less, and particularly preferably 0.05% by mass or more and 0.6% by mass or less.
砥粒は、事前に媒体に分散した状態の砥粒分散液を使用してもよい。媒体としては、水が好ましく使用できる。 As the abrasive grains, an abrasive dispersion liquid in which the abrasive grains are dispersed in a medium in advance may be used. Water can be preferably used as the medium.
<水>
本研磨用組成物は必須成分として水を含有する。本研磨用組成物は、典型的には、化合物(1)を、水を含有する液状媒体に溶解してなる。本研磨用組成物における液状媒体は主として水からなり、液状媒体は水のみまたは水と水溶性溶媒との混合物からなることが好ましい。水としては、イオン交換し、異物が除去された純水を用いることが好ましい。水溶性溶媒としては、水溶性アルコール、水溶性ポリオール、水溶性エステル、水溶性エーテルなどを使用できる。
<Water>
This polishing composition contains water as an essential component. This polishing composition is typically made by dissolving compound (1) in a liquid medium containing water. The liquid medium in this polishing composition mainly consists of water, and it is preferable that the liquid medium consists of only water or a mixture of water and a water-soluble solvent. As the water, it is preferable to use pure water that has been subjected to ion exchange to remove foreign substances. As the water-soluble solvent, water-soluble alcohol, water-soluble polyol, water-soluble ester, water-soluble ether, etc. can be used.
本研磨用組成物における液状媒体は水のみまたは水を80質量%以上含む水と水溶性有機溶媒との混合溶媒が好ましく、実質的に水のみからなることが最も好ましい。また、本研磨用組成物における液状媒体の割合は85質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましく、特に95質量%以上が好ましい。この液状媒体の実質的全量は水からなることが好ましく、その場合、本研磨用組成物における水の含有量は、90質量%以上が好ましく、特に95質量%以上であることが好ましい。 The liquid medium in the present polishing composition is preferably water alone or a mixed solvent of water and a water-soluble organic solvent containing 80% by mass or more, and most preferably consists essentially of water only. Further, the proportion of the liquid medium in the present polishing composition is preferably 85% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, particularly preferably 95% by mass or more. It is preferable that substantially the entire amount of this liquid medium consists of water, and in that case, the content of water in the present polishing composition is preferably 90% by mass or more, particularly preferably 95% by mass or more.
なお、本研磨用組成物の各成分の割合は研磨を行うときの組成割合をいう。研磨に先立ち研磨用濃縮組成物を希釈し、その希釈物を研磨に使用する場合、上記および後述の各成分の割合はこの希釈物における割合である。研磨用濃縮組成物は通常液状媒体(特に水)で希釈され、したがって、その場合、液状媒体を除く各成分の相対的割合は希釈の前後で通常は変化しない。 In addition, the ratio of each component of this polishing composition refers to the composition ratio when polishing is performed. When the concentrated polishing composition is diluted prior to polishing and the diluted product is used for polishing, the proportions of each component described above and below are the proportions in this diluted product. Concentrated polishing compositions are usually diluted with a liquid medium (particularly water), in which case the relative proportions of each component, excluding the liquid medium, usually do not change before and after dilution.
(pH)
本研磨用組成物のpHは、2.0以上11.0以下が好ましい。pHが2.0以上11.0以下の範囲にあれば、本研磨用組成物は、高い研磨速度で金属層、特には、金属Mからなる金属層を研磨可能であるとともに、貯蔵安定性にも優れる。また、研磨用組成物を輸送する際や、研磨用組成物を使用する際に、より安全に扱うことができる。本研磨用組成物のpHは、3.0以上10.0以下がより好ましく、4.0以上9.5以下が特に好ましく、4.5以上9.5以下が極めて好ましい。
(pH)
The pH of the present polishing composition is preferably 2.0 or more and 11.0 or less. If the pH is in the range of 2.0 or more and 11.0 or less, the present polishing composition can polish a metal layer, especially a metal layer made of metal M, at a high polishing rate, and has good storage stability. Also excellent. Further, the polishing composition can be handled more safely when transporting or using the polishing composition. The pH of the present polishing composition is more preferably 3.0 or more and 10.0 or less, particularly preferably 4.0 or more and 9.5 or less, and extremely preferably 4.5 or more and 9.5 or less.
本研磨用組成物は、pHを2.0以上11.0以下の所定の値にするために、pH調整剤として、種々の無機酸、および有機酸またはそれらの塩もしくは塩基性化合物を含有してもよい。 This polishing composition contains various inorganic acids, organic acids, salts thereof, or basic compounds as pH adjusters to adjust the pH to a predetermined value of 2.0 or more and 11.0 or less. It's okay.
無機酸または無機酸塩としては、特に限定されるものではないが、例えば、硝酸、硫酸、塩酸、リン酸、およびそれらのアンモニウム塩もしくはカリウム塩等を用いることができる。有機酸またはその他の有機酸の塩としては、特に限定されるものではないが、例えば、ギ酸、酢酸、シュウ酸、リンゴ酸、クエン酸等のカルボン酸およびその塩を用いることができる。 The inorganic acid or inorganic acid salt is not particularly limited, but for example, nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, ammonium salts or potassium salts thereof, etc. can be used. The organic acid or other organic acid salt is not particularly limited, and for example, carboxylic acids such as formic acid, acetic acid, oxalic acid, malic acid, and citric acid, and their salts can be used.
塩基性化合物は水溶性であることが好ましいが、特に限定されない。塩基性化合物としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウム等の金属水酸化物、アンモニア、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(以下、TMAHという。)やテトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド等の4級アンモニウムヒドロキシド、ジエチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、エチレンジアミン等の有機アミン等を用いることができる。 The basic compound is preferably water-soluble, but is not particularly limited. Basic compounds include metal hydroxides such as lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, rubidium hydroxide, and cesium hydroxide, ammonia, tetramethylammonium hydroxide (hereinafter referred to as TMAH), and tetraethylammonium hydroxide. Quaternary ammonium hydroxides such as carbon dioxide, tetrapropylammonium hydroxide, and tetrabutylammonium hydroxide; organic amines such as diethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, and ethylenediamine; and the like.
<防錆剤>
本研磨用組成物は、任意成分として、防錆剤を含むことができる。防錆剤としては、公知の防錆剤を使用でき、例えば、含窒素複素環化合物、ノニオン性界面活性剤等が挙げられる。
<Rust inhibitor>
The present polishing composition can contain a rust preventive agent as an optional component. As the rust preventive agent, a known rust preventive agent can be used, and examples thereof include nitrogen-containing heterocyclic compounds, nonionic surfactants, and the like.
含窒素複素環化合物として、具体的には、ピロール化合物、ピラゾール化合物、イミダゾール化合物、トリアゾール化合物、テトラゾール化合物、ピリジン化合物、ピラジン化合物、ピリダジン化合物、ピリンジン化合物、インドリジン化合物、インドール化合物、イソインドール化合物、インダゾール化合物、プリン化合物、キノリジン化合物、キノリン化合物、イソキノリン化合物、ナフチリジン化合物、フタラジン化合物、キノキサリン化合物、キナゾリン化合物、シンノリン化合物、ブテリジン化合物、チアゾール化合物、イソチアゾール化合物、オキサゾール化合物、イソオキサゾール化合物、フラザン化合物等が挙げられる。 Examples of nitrogen-containing heterocyclic compounds include pyrrole compounds, pyrazole compounds, imidazole compounds, triazole compounds, tetrazole compounds, pyridine compounds, pyrazine compounds, pyridazine compounds, pyridine compounds, indolizine compounds, indole compounds, isoindole compounds, Indazole compounds, purine compounds, quinolidine compounds, quinoline compounds, isoquinoline compounds, naphthyridine compounds, phthalazine compounds, quinoxaline compounds, quinazoline compounds, cinnoline compounds, buteridine compounds, thiazole compounds, isothiazole compounds, oxazole compounds, isoxazole compounds, furazane compounds, etc. can be mentioned.
これらの化合物の中でも、研磨対象物の表面の平坦性向上の観点から、テトラゾール化合物、ピラゾール化合物、トリアゾール化合物、特に、トリアゾール化合物が好適である。 Among these compounds, tetrazole compounds, pyrazole compounds, and triazole compounds, particularly triazole compounds, are preferred from the viewpoint of improving the surface flatness of the object to be polished.
トリアゾール化合物の中でも、少なくとも1つのヒドロキシアルキル基で置換されたアミノ基を有する、ベンゾトリアゾール基であることが、本発明の所期の効果を奏する上で好ましい。ここで、ヒドロキシアルキル基の数にも特に制限はないが、研磨用組成物中の分散安定性の観点から、好ましくは1つまたは2つである。 Among the triazole compounds, a benzotriazole group having an amino group substituted with at least one hydroxyalkyl group is preferred in order to achieve the desired effect of the present invention. Here, the number of hydroxyalkyl groups is also not particularly limited, but from the viewpoint of dispersion stability in the polishing composition, it is preferably one or two.
また、ヒドロキシアルキル基におけるアルキル基の炭素数についても、特に制限はないが、研磨対象物の研磨速度低下の抑制の観点から、その炭素数は、好ましくは1~5、より好ましくは1~4、さらに好ましくは2~3である。また、ヒドロキシアルキル基の数が2つ以上になる場合のアルキル基の数は、それぞれ同じであっても異なるものであってもよいが、化合物としての保管安定性の観点や、化合物の酸化防止の観点から同じであることが好ましい。 The number of carbon atoms in the alkyl group in the hydroxyalkyl group is also not particularly limited, but from the viewpoint of suppressing a reduction in the polishing rate of the object to be polished, the number of carbon atoms is preferably 1 to 5, more preferably 1 to 4. , more preferably 2 to 3. In addition, when the number of hydroxyalkyl groups is two or more, the number of alkyl groups may be the same or different, but from the viewpoint of storage stability as a compound and prevention of oxidation of the compound. It is preferable that they are the same from the viewpoint of.
トリアゾール化合物は、縮合環を有しているものが好ましく、例えばベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環等と縮合しているものが、化合物としての安定性の観点や、研磨用組成物の酸化防止の観点から同じであることが好ましい。また、トリアゾール化合物は、炭素数1~3のアルキル基や、ヒドロキシ基、あるいはハロゲン原子などの置換基を有するものであってもよい。 The triazole compound preferably has a condensed ring, and for example, one condensed with a benzene ring, naphthalene ring, anthracene ring, etc. is preferable from the viewpoint of stability as a compound and for preventing oxidation of the polishing composition. From this point of view, it is preferable that they are the same. Further, the triazole compound may have a substituent such as an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, a hydroxy group, or a halogen atom.
トリアゾール化合物の例としては、例えば、2,2’-[[(メチル-1H-ベンゾトリアゾール-1-イル)メチル]イミノ]ビスエタノール、1,2,3-トリアゾール、1,2,4-トリアゾール、1-メチル-1,2,4-トリアゾール、メチル-1H-1,2,4-トリアゾール-3-カルボキシレート、1,2,4-トリアゾール-3-カルボン酸、1,2,4-トリアゾール-3-カルボン酸メチル、1H-1,2,4-トリアゾール-3-チオール、3,5-ジアミノ-1H-1,2,4-トリアゾール、3-アミノ-1,2,4-トリアゾール-5-チオール、3-アミノ-1H-1,2,4-トリアゾール、3-アミノ-5-ベンジル-4H-1,2,4-トリアゾール、3-アミノ-5-メチル-4H-1,2,4-トリアゾール、3-ニトロ-1,2,4-トリアゾール、3-ブロモ-5-ニトロ-1,2,4-トリアゾール、4-(1,2,4-トリアゾール-1-イル)フェノール、4-アミノ-1,2,4-トリアゾール、4-アミノ-3,5-ジプロピル-4H-1,2,4-トリアゾール、4-アミノ-3,5-ジメチル-4H-1,2,4-トリアゾール、4-アミノ-3,5-ジペプチル-4H-1,2,4-トリアゾール、5-メチル-1,2,4-トリアゾール-3,4-ジアミン、1H-ベンゾトリアゾール、1-ヒドロキシベンゾトリアゾール、1-アミノベンゾトリアゾール、1-カルボキシベンゾトリアゾール、5-クロロ-1H-ベンゾトリアゾール、5-ニトロ-1H-ベンゾトリアゾール、5-カルボキシ-1H-ベンゾトリアゾール、5-メチル-1H-ベンゾトリアゾール、5,6-ジメチル-1H-ベンゾトリアゾール、1-(1’,2’-ジカルボキシエチル)ベンゾトリアゾール、1-[N,N-ビス(ヒドロキシエチル)アミノメチル]ベンゾトリアゾール、1-[N,N-ビス(ヒドロキシエチル)アミノメチル]-5-メチルベンゾトリアゾール、1-[N,N-ビス(ヒドロキシエチル)アミノメチル]-4-メチルベンゾトリアゾール等が好適である。 Examples of triazole compounds include, for example, 2,2'-[[(methyl-1H-benzotriazol-1-yl)methyl]imino]bisethanol, 1,2,3-triazole, 1,2,4-triazole , 1-methyl-1,2,4-triazole, methyl-1H-1,2,4-triazole-3-carboxylate, 1,2,4-triazole-3-carboxylic acid, 1,2,4-triazole Methyl -3-carboxylate, 1H-1,2,4-triazole-3-thiol, 3,5-diamino-1H-1,2,4-triazole, 3-amino-1,2,4-triazole-5 -thiol, 3-amino-1H-1,2,4-triazole, 3-amino-5-benzyl-4H-1,2,4-triazole, 3-amino-5-methyl-4H-1,2,4 -triazole, 3-nitro-1,2,4-triazole, 3-bromo-5-nitro-1,2,4-triazole, 4-(1,2,4-triazol-1-yl)phenol, 4- Amino-1,2,4-triazole, 4-amino-3,5-dipropyl-4H-1,2,4-triazole, 4-amino-3,5-dimethyl-4H-1,2,4-triazole, 4-amino-3,5-dipeptyl-4H-1,2,4-triazole, 5-methyl-1,2,4-triazole-3,4-diamine, 1H-benzotriazole, 1-hydroxybenzotriazole, 1 -Aminobenzotriazole, 1-carboxybenzotriazole, 5-chloro-1H-benzotriazole, 5-nitro-1H-benzotriazole, 5-carboxy-1H-benzotriazole, 5-methyl-1H-benzotriazole, 5,6 -dimethyl-1H-benzotriazole, 1-(1',2'-dicarboxyethyl)benzotriazole, 1-[N,N-bis(hydroxyethyl)aminomethyl]benzotriazole, 1-[N,N-bis Preferred are (hydroxyethyl)aminomethyl]-5-methylbenzotriazole, 1-[N,N-bis(hydroxyethyl)aminomethyl]-4-methylbenzotriazole, and the like.
これらの化合物の中でも、本発明の所期の効果を効率的に奏するという観点で、また、所望の研磨速度を得ながら被研磨面の平坦性を実現できる観点で、2,2’-[[(メチル-1H-ベンゾトリアゾール-1-イル)メチル]イミノ]ビスエタノール、1,2,3-トリアゾール、1H-ベンゾトリアゾール、5-メチル-1H-ベンゾトリアゾール、5,6-ジメチル-1H-ベンゾトリアゾール、1-[N,N-ビス(ヒドロキシエチル)アミノメチル]-5-メチルベンゾトリアゾール、1-[N,N-ビス(ヒドロキシエチル)アミノメチル]-4-メチルベンゾトリアゾール、1,2,3-トリアゾール、および1,2,4-トリアゾールなどが好ましい。 Among these compounds, 2,2'-[[ (Methyl-1H-benzotriazol-1-yl)methyl]imino]bisethanol, 1,2,3-triazole, 1H-benzotriazole, 5-methyl-1H-benzotriazole, 5,6-dimethyl-1H-benzo Triazole, 1-[N,N-bis(hydroxyethyl)aminomethyl]-5-methylbenzotriazole, 1-[N,N-bis(hydroxyethyl)aminomethyl]-4-methylbenzotriazole, 1,2, 3-triazole, 1,2,4-triazole, and the like are preferred.
また、ピラゾール化合物の例としては、例えば、1H-ピラゾール、4-ニトロ-3-ピラゾールカルボン酸、3,5-ピラゾールカルボン酸、3-アミノ-5-フェニルピラゾール、5-アミノ-3-フェニルピラゾール、1-アリル-3,5-ジメチルピラゾール、3,4,5-トリブロモピラゾール、3-アミノピラゾール、3,5-ジメチルピラゾール、3,5-ジ(2-ピリジル)ピラゾール、3,5-ジイソプロピルピラゾール、3,5-ジメチル-1-ヒドロキシメチルピラゾール、3,5-ジメチル-1-フェニルピラゾール、3-メチルピラゾール、1-メチルピラゾール、4-メチルピラゾール、N-メチルピラゾール、3-アミノ-5-メチルピラゾール、3-アミノ-5-ヒドロキシピラゾール、4-アミノ-ピラゾロ[3,4-d]ピリミジン、アロプリノール、4-クロロ-1H-ピラゾロ[3,4-D]ピリミジン、3,4-ジヒドロキシ-6-メチルピラゾロ(3,4-B)-ピリジン、6-メチル-1H-ピラゾロ[3,4-b]ピリジン-3-アミン等が挙げられる。 Examples of pyrazole compounds include 1H-pyrazole, 4-nitro-3-pyrazolecarboxylic acid, 3,5-pyrazolecarboxylic acid, 3-amino-5-phenylpyrazole, 5-amino-3-phenylpyrazole. , 1-allyl-3,5-dimethylpyrazole, 3,4,5-tribromopyrazole, 3-aminopyrazole, 3,5-dimethylpyrazole, 3,5-di(2-pyridyl)pyrazole, 3,5- Diisopropylpyrazole, 3,5-dimethyl-1-hydroxymethylpyrazole, 3,5-dimethyl-1-phenylpyrazole, 3-methylpyrazole, 1-methylpyrazole, 4-methylpyrazole, N-methylpyrazole, 3-amino- 5-methylpyrazole, 3-amino-5-hydroxypyrazole, 4-amino-pyrazolo[3,4-d]pyrimidine, allopurinol, 4-chloro-1H-pyrazolo[3,4-D]pyrimidine, 3,4- Examples include dihydroxy-6-methylpyrazolo(3,4-B)-pyridine, 6-methyl-1H-pyrazolo[3,4-b]pyridin-3-amine, and the like.
イミダゾール化合物の例としては、例えば、イミダゾール、1-メチルイミダゾール、2-メチルイミダゾール、4-メチルイミダゾール、1,2-ジメチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-イソプロピルイミダゾール、ベンゾイミダゾール、5,6-ジメチルベンゾイミダゾール、2-アミノベンゾイミダゾール、2-クロロベンゾイミダゾール、2-メチルベンゾイミダゾール、2-(1-ヒドロキシエチル)ベンズイミダゾール、2-ヒドロキシベンズイミダゾール、2-フェニルベンズイミダゾール、2,5-ジメチルベンズイミダゾール、5-メチルベンゾイミダゾール、5-ニトロベンズイミダゾール、1H-プリン、1,1’-カルボニルビス-1H-イミダゾール、1,1’-オキサリルジイミダゾール、1,2,4,5-テトラメチルイミダゾール、1,2-ジメチル-5-ニトロイミダゾール、1-(3-アミノプロピル)イミダゾール、1-ブチルイミダゾール、1-エチルイミダゾール、1H-1,2,3-トリアゾロ[4,5-b]ピリジン等が挙げられる。 Examples of imidazole compounds include imidazole, 1-methylimidazole, 2-methylimidazole, 4-methylimidazole, 1,2-dimethylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 2-isopropylimidazole, benzimidazole, 5,6-dimethylbenzimidazole, 2-aminobenzimidazole, 2-chlorobenzimidazole, 2-methylbenzimidazole, 2-(1-hydroxyethyl)benzimidazole, 2-hydroxybenzimidazole, 2-phenylbenzimidazole, 2 , 5-dimethylbenzimidazole, 5-methylbenzimidazole, 5-nitrobenzimidazole, 1H-purine, 1,1'-carbonylbis-1H-imidazole, 1,1'-oxalyldiimidazole, 1,2,4, 5-tetramethylimidazole, 1,2-dimethyl-5-nitroimidazole, 1-(3-aminopropyl)imidazole, 1-butylimidazole, 1-ethylimidazole, 1H-1,2,3-triazolo[4,5 -b] pyridine and the like.
テトラゾール化合物の例としては、例えば、1H-テトラゾール、5-メチルテトラゾール、5-アミノテトラゾール、5-アミノ-1-ヒドロキシテトラゾール、1,5-ペンタメチレンテトラゾール、1-(2-ジメチルアミノエチル)-5-メルカプトテトラゾールおよび5-フェニルテトラゾール等が挙げられる。 Examples of tetrazole compounds include 1H-tetrazole, 5-methyltetrazole, 5-aminotetrazole, 5-amino-1-hydroxytetrazole, 1,5-pentamethylenetetrazole, 1-(2-dimethylaminoethyl)- Examples include 5-mercaptotetrazole and 5-phenyltetrazole.
インダゾール化合物の例としては、例えば、1H-インダゾール、5-アミノ-1H-インダゾール、5-ニトロ-1H-インダゾール、5-ヒドロキシ-1H-インダゾール、6-アミノ-1H-インダゾール、6-ニトロ-1H-インダゾール、6-ヒドロキシ-1H-インダゾール、3-カルボキシ-5-メチル-1H-インダゾール等が挙げられる。 Examples of indazole compounds include, for example, 1H-indazole, 5-amino-1H-indazole, 5-nitro-1H-indazole, 5-hydroxy-1H-indazole, 6-amino-1H-indazole, 6-nitro-1H -indazole, 6-hydroxy-1H-indazole, 3-carboxy-5-methyl-1H-indazole, and the like.
インドール化合物の例としては、例えば1H-インドール、1-メチル-1H-インドール、2-メチル-1H-インドール、3-メチル-1H-インドール、4-メチル-1H-インドール、5-メチル-1H-インドール、6-メチル-1H-インドール、7-メチル-1H-インドール、4-アミノ-1H-インドール、5-アミノ-1H-インドール、6-アミノ-1H-インドール、7-アミノ-1H-インドール、4-ヒドロキシ-1H-インドール、5-ヒドロキシ-1H-インドール、6-ヒドロキシ-1H-インドール、7-ヒドロキシ-1H-インドール、4-メトキシ-1H-インドール、5-メトキシ-1H-インドール、6-メトキシ-1H-インドール、7-メトキシ-1H-インドール、4-クロロ-1H-インドール、5-クロロ-1H-インドール、6-クロロ-1H-インドール、7-クロロ-1H-インドール、4-カルボキシ-1H-インドール、5-カルボキシ-1H-インドール、6-カルボキシ-1H-インドール、7-カルボキシ-1H-インドール、4-ニトロ-1H-インドール、5-ニトロ-1H-インドール、6-ニトロ-1H-インドール、7-ニトロ-1H-インドール、4-ニトリル-1H-インドール、5-ニトリル-1H-インドール、6-ニトリル-1H-インドール、7-ニトリル-1H-インドール、2,5-ジメチル-1H-インドール、1,2-ジメチル-1H-インドール、1,3-ジメチル-1H-インドール、2,3-ジメチル-1H-インドール、5-アミノ-2,3-ジメチル-1H-インドール、7-エチル-1H-インドール、5-(アミノメチル)インドール、2-メチル-5-アミノ-1H-インドール、3-ヒドロキシメチル-1H-インドール、6-イソプロピル-1H-インドール、5-クロロ-2-メチル-1H-インドール等が挙げられる。 Examples of indole compounds include 1H-indole, 1-methyl-1H-indole, 2-methyl-1H-indole, 3-methyl-1H-indole, 4-methyl-1H-indole, 5-methyl-1H-indole, Indole, 6-methyl-1H-indole, 7-methyl-1H-indole, 4-amino-1H-indole, 5-amino-1H-indole, 6-amino-1H-indole, 7-amino-1H-indole, 4-hydroxy-1H-indole, 5-hydroxy-1H-indole, 6-hydroxy-1H-indole, 7-hydroxy-1H-indole, 4-methoxy-1H-indole, 5-methoxy-1H-indole, 6- Methoxy-1H-indole, 7-methoxy-1H-indole, 4-chloro-1H-indole, 5-chloro-1H-indole, 6-chloro-1H-indole, 7-chloro-1H-indole, 4-carboxy- 1H-indole, 5-carboxy-1H-indole, 6-carboxy-1H-indole, 7-carboxy-1H-indole, 4-nitro-1H-indole, 5-nitro-1H-indole, 6-nitro-1H- Indole, 7-nitro-1H-indole, 4-nitrile-1H-indole, 5-nitrile-1H-indole, 6-nitrile-1H-indole, 7-nitrile-1H-indole, 2,5-dimethyl-1H- Indole, 1,2-dimethyl-1H-indole, 1,3-dimethyl-1H-indole, 2,3-dimethyl-1H-indole, 5-amino-2,3-dimethyl-1H-indole, 7-ethyl- 1H-indole, 5-(aminomethyl)indole, 2-methyl-5-amino-1H-indole, 3-hydroxymethyl-1H-indole, 6-isopropyl-1H-indole, 5-chloro-2-methyl-1H - Examples include indole.
チアゾール類としては、2,4-ジメチルチアゾール等が挙げられる。ベンゾチアゾール類としては、2-メルカプトベンゾチアゾール等が挙げられる。 Examples of thiazoles include 2,4-dimethylthiazole and the like. Examples of benzothiazoles include 2-mercaptobenzothiazole and the like.
ノニオン性界面活性剤としては、親油基(以下の例示においてRで示される基)が炭素数12~18である高級アルコールの誘導体が挙げられる。例えば、グリセリン脂肪酸エステル(RCOOCH2CH(OH)CH2OH)、ソルビタン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル、天然由来の脂肪酸とのエステル等がある。また、脂肪アルコールエトキシレート(RO(CH2CH2O)nH)、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル(RC6H4O(CH2CH2O)nH)、アルキルグリコシド(RC6H11O6)といったエーテル等が挙げられる。 Examples of nonionic surfactants include derivatives of higher alcohols in which the lipophilic group (the group represented by R in the following examples) has 12 to 18 carbon atoms. Examples include glycerin fatty acid ester (RCOOCH 2 CH (OH) CH 2 OH), sorbitan fatty acid ester, sucrose fatty acid ester, and esters with naturally occurring fatty acids. Also, fatty alcohol ethoxylates (RO(CH 2 CH 2 O) n H), polyoxyethylene alkylphenyl ethers (RC 6 H 4 O(CH 2 CH 2 O) n H), alkyl glycosides (RC 6 H 11 O Examples include ethers such as 6 ).
本研磨用組成物は防錆剤の1種または2種以上を含有できる。本研磨用組成物における防錆剤の含有量は、研磨用組成物の全量に対して0.001質量%以上5質量%以下が好ましく、0.005質量%以上1質量%以下がより好ましく、0.01質量%以上0.5質量%以下がさらに好ましい。 The present polishing composition can contain one or more rust preventives. The content of the rust preventive agent in the present polishing composition is preferably 0.001% by mass or more and 5% by mass or less, more preferably 0.005% by mass or more and 1% by mass or less, based on the total amount of the polishing composition. More preferably 0.01% by mass or more and 0.5% by mass or less.
<分散剤>
本研磨用組成物には、上記成分以外に、任意成分として、分散剤(または凝集防止剤)を含有させることができる。分散剤とは、砥粒を純水等の分散媒中に安定的に分散させるために含有させるものである。分散剤としては、公知の分散剤を使用でき、例えば、陰イオン性、陽イオン性、両性の界面活性剤や、陰イオン性、陽イオン性、両性の高分子化合物が挙げられ、これらの1種または2種以上を含有させることができる。
<Dispersant>
In addition to the above-mentioned components, the present polishing composition may contain a dispersant (or anti-agglomeration agent) as an optional component. A dispersant is something that is contained in order to stably disperse abrasive grains in a dispersion medium such as pure water. As the dispersant, known dispersants can be used, such as anionic, cationic, and amphoteric surfactants, and anionic, cationic, and amphoteric polymer compounds; A species or two or more species can be included.
分散剤としては、カルボキシ基、スルホ基、ホスホン酸基、カルボン酸塩基、スルホン酸塩基、またはホスホン酸塩基を有する高分子化合物が好ましく、具体的にはアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、p-スチレンスルホン酸、ビニルホスホン酸等のカルボキシ基、スルホ基またはホスホン酸基を有するモノマーの単独重合体や、当該重合体のカルボキシ基、スルホ基またはホスホン酸基の部分がアンモニウム塩等の塩となっている単独重合体が挙げられる。また、カルボキシ基、スルホ基またはホスホン酸基を有するモノマーと、カルボン酸塩基、スルホン酸塩基またはホスホン酸塩基を有するモノマーや、カルボン酸塩基、スルホン酸塩基またはホスホン酸塩基を有するモノマーとカルボン酸のアルキルエステル等の誘導体と、の共重合体も好ましく使用される。さらに、ポリビニルアルコール等の高分子化合物、オレイン酸アンモニウム、ラウリル硫酸アンモニウム、ラウリル硫酸トリエタノールアミン等の陰イオン性界面活性剤が好適に使用できる。 As the dispersant, a polymer compound having a carboxy group, a sulfo group, a phosphonic acid group, a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, or a phosphonic acid group is preferable, and specifically, acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, p- A homopolymer of a monomer having a carboxy group, a sulfo group, or a phosphonic acid group such as styrene sulfonic acid or vinylphosphonic acid, or a portion of the carboxy group, sulfo group, or phosphonic acid group of the polymer becomes a salt such as an ammonium salt. Examples include homopolymers that are In addition, a monomer having a carboxy group, a sulfo group, or a phosphonic acid group and a monomer having a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, or a phosphonic acid group, and a monomer having a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, or a phosphonic acid group and a carboxylic acid group Copolymers with derivatives such as alkyl esters are also preferably used. Furthermore, polymer compounds such as polyvinyl alcohol, anionic surfactants such as ammonium oleate, ammonium lauryl sulfate, and triethanolamine lauryl sulfate can be suitably used.
これらの中でも、分散剤としては、特にカルボキシ基またはその塩を有するポリマーが好ましい。具体的には、ポリアクリル酸、またはポリアクリル酸のカルボキシ基の少なくとも一部がカルボン酸アンモニウム塩基に置換されたポリマー(以下、ポリアクリル酸アンモニウムと称する)等が挙げられる。ポリアクリル酸アンモニウム等の高分子化合物を使用する場合は、その重量平均分子量は1000~50000であることが好ましく、2000~30000であることがより好ましく、3000~25000が特に好ましい。 Among these, polymers having a carboxy group or a salt thereof are particularly preferred as the dispersant. Specifically, polyacrylic acid or a polymer in which at least a portion of the carboxyl groups of polyacrylic acid is substituted with an ammonium carboxylate group (hereinafter referred to as ammonium polyacrylate) can be mentioned. When using a polymer compound such as ammonium polyacrylate, its weight average molecular weight is preferably 1,000 to 50,000, more preferably 2,000 to 30,000, particularly preferably 3,000 to 25,000.
本研磨用組成物における分散剤の含有量は、分散安定性維持の目的のために、研磨用組成物の全質量に対して、0.001~0.5質量%であることが好ましく、特に0.001~0.2質量%であることが好ましい。 The content of the dispersant in the present polishing composition is preferably 0.001 to 0.5% by mass based on the total mass of the polishing composition, particularly for the purpose of maintaining dispersion stability. It is preferably 0.001 to 0.2% by mass.
また、本研磨用組成物には、潤滑剤、粘性付与剤または粘度調節剤、防腐剤等を必要に応じて適宜含有させることができる。 Further, the present polishing composition may contain a lubricant, a viscosity imparting agent or a viscosity modifier, a preservative, and the like as appropriate.
本研磨用組成物は、酸化剤を添加することもできるが、酸化剤を用いなくても金属層を高い研磨速度で研磨可能で、実質的に酸化剤を含有しないことが好ましい。酸化剤として、典型的には、熱や光等の外部エネルギーによって酸素-酸素結合が解離しラジカルを生成する酸素-酸素結合を持つ過酸化物が挙げられる。過酸化物系酸化剤の例としては、過酸化水素、過硫酸塩類、過ヨウ素酸、過ヨウ素酸カリウム等の過ヨウ素酸塩、ペルオキソ炭酸塩類、ペルオキソ硫酸塩類、ペルオキソリン酸塩類等の無機過酸化物や、過酸化ベンゾイル、t-ブチルヒドロペルオキシド、クメンヒドロペルオキシド、ジイソプロピルベンゼンヒドロペルオキシド、過ギ酸、過酢酸、メタクロロ過安息香酸等の有機過酸化物などが挙げられる。過硫酸塩としては、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウムなどが挙げられる。また、ヨウ素酸塩、臭素酸塩、過硫酸塩、硝酸セリウム塩等、次亜塩素酸、オゾン水が挙げられる。 Although an oxidizing agent may be added to the present polishing composition, it is preferable that the metal layer can be polished at a high polishing rate without using an oxidizing agent, and that the polishing composition does not substantially contain an oxidizing agent. The oxidizing agent typically includes a peroxide having an oxygen-oxygen bond that is dissociated by external energy such as heat or light to generate radicals. Examples of peroxide-based oxidizing agents include hydrogen peroxide, persulfates, periodic acid, periodates such as potassium periodate, and inorganic peroxides such as peroxocarbonates, peroxosulfates, and peroxolinates. Examples include oxides and organic peroxides such as benzoyl peroxide, t-butyl hydroperoxide, cumene hydroperoxide, diisopropylbenzene hydroperoxide, performic acid, peracetic acid, and metachloroperbenzoic acid. Examples of persulfates include ammonium persulfate and potassium persulfate. Other examples include iodate, bromate, persulfate, cerium nitrate, hypochlorous acid, and ozone water.
従来の配線形成用の研磨用組成物においては、酸化剤を含有することで金属層の研磨において高い研磨速度を得る一方、金属配線の腐食や研磨装置の腐食等その弊害が問題であった。本研磨用組成物は、酸化剤を含有しないことで、このような酸化剤に起因する金属配線の腐食や研磨装置の腐食を招くことなく、金属層を高い研磨速度で研磨可能である。 In conventional polishing compositions for forming wiring, a high polishing rate can be achieved in polishing a metal layer by containing an oxidizing agent, but there are problems with the disadvantages such as corrosion of metal wiring and corrosion of polishing equipment. Since the present polishing composition does not contain an oxidizing agent, it is possible to polish a metal layer at a high polishing rate without causing corrosion of metal wiring or polishing equipment caused by such an oxidizing agent.
<研磨用組成物の調製方法>
本研磨用組成物を調製するには、純水やイオン交換水等の水を含む液状媒体に、必須成分である化合物(1)および酸化セリウム粒子を加えて、さらに、必要に応じて任意成分としての防錆剤等を加えて、混合すればよい。その際、必要に応じてpH調整剤を加えて、得られる研磨用組成物のpHが上記好ましい範囲内となるように調製してもよい。本研磨用組成物に酸化セリウムやその他の砥粒を含有させるには、砥粒を分散させた分散液に、上記各成分を加えて混合する方法が用いられる。混合後、撹拌機等を用いて所定時間撹拌することで、均一な本研磨用組成物が得られる。また、混合後、超音波分散機を用いて、より良好な分散状態を得ることもできる。
<Method for preparing polishing composition>
To prepare this polishing composition, compound (1), which is an essential component, and cerium oxide particles are added to a water-containing liquid medium such as pure water or ion-exchanged water, and optional components are added as necessary. All you have to do is add a rust preventive agent, etc., and mix. At that time, a pH adjuster may be added as necessary to adjust the pH of the resulting polishing composition to be within the above-mentioned preferred range. In order to incorporate cerium oxide and other abrasive grains into the present polishing composition, a method is used in which the above-mentioned components are added to a dispersion liquid in which abrasive grains are dispersed and mixed. After mixing, a uniform polishing composition can be obtained by stirring for a predetermined period of time using a stirrer or the like. Further, after mixing, a better dispersion state can be obtained using an ultrasonic disperser.
本研磨用組成物は、必ずしも予め構成する成分をすべて混合したものとして、研磨の場に供給する必要はない。研磨の場に供給する際に、各成分が混合されて研磨用組成物の組成やpHになってもよい。 The present polishing composition does not necessarily need to be supplied to the polishing site as a mixture of all constituent components in advance. When the polishing composition is supplied to the polishing site, the components may be mixed to form the composition and pH of the polishing composition.
<研磨方法>
本発明は、上記本発明の研磨用組成物を用いて半導体集積回路装置の被研磨面を研磨する研磨方法を提供する。本発明の研磨方法は、本研磨用組成物を研磨パッドに供給し、半導体集積回路装置の被研磨面と上記研磨パッドとを接触させて、両者間の相対運動により研磨する方法であって、上記被研磨面はコバルト、ルテニウムおよびモリブデンから選ばれる少なくとも1種を含む金属、すなわち金属Mを含む。
<Polishing method>
The present invention provides a polishing method for polishing a surface to be polished of a semiconductor integrated circuit device using the polishing composition of the present invention. The polishing method of the present invention is a method of supplying the present polishing composition to a polishing pad, bringing the surface to be polished of a semiconductor integrated circuit device into contact with the polishing pad, and polishing by relative movement between the two, The surface to be polished includes a metal containing at least one selected from cobalt, ruthenium, and molybdenum, that is, metal M.
なお、本発明において、「被研磨面」とは、半導体集積回路装置を製造する過程で現れる中間段階の表面を意味する。例えば、図1および図2に示す半導体集積回路装置の研磨においては、金属層、研磨停止層および絶縁層が研磨の対象物となり得る。この場合、「被研磨面」には、金属層が存在し、金属層に加えて研磨停止層および絶縁層が存在することがある。 In the present invention, the term "surface to be polished" refers to an intermediate surface that appears during the process of manufacturing a semiconductor integrated circuit device. For example, in polishing the semiconductor integrated circuit device shown in FIGS. 1 and 2, a metal layer, a polishing stop layer, and an insulating layer can be the objects to be polished. In this case, a metal layer is present on the "surface to be polished," and in addition to the metal layer, a polishing stop layer and an insulating layer may also be present.
また、本発明における「金属層」とは、面状の金属層よりなる層を意味するが、必ずしも図1のように一面に広がった層だけを指すものではなく、図2のように個々の配線の集合としての層も含まれる。また、面状の金属層と他の部分とを電気的に接続するためのビア等の部分も含めて、「金属層」と考えることができる。 Furthermore, the term "metal layer" in the present invention means a layer consisting of a planar metal layer, but it does not necessarily mean a layer that is spread over one surface as shown in FIG. A layer as a collection of wiring is also included. Furthermore, it can be considered a "metal layer" including parts such as vias for electrically connecting the planar metal layer to other parts.
図1および図2に示す研磨においては、金属Mからなる金属層4のみを研磨する第1研磨工程と、金属層4、研磨停止層3、および絶縁層2を研磨する第2研磨工程の2段階の研磨工程を有する。本発明に係る研磨用組成物は、この研磨工程のどの段階に使用してもよい。本研磨用組成物を用いる第1研磨工程においては、金属層4を高速で研磨可能である。本研磨用組成物を用いる第2研磨工程においては、金属層4、研磨停止層3、および絶縁層2が、高い研磨速度で略均等に研磨され被研磨面の平坦化が効率よく達成できる。
The polishing shown in FIGS. 1 and 2 includes a first polishing step in which only the metal layer 4 made of metal M is polished, and a second polishing step in which the metal layer 4, the polishing stop layer 3, and the insulating
なお、絶縁層2としてはケイ素酸化物(SiO2)膜が知られている。このようなケイ素酸化物膜としてはテトラエトキシシラン(TEOS)をCVD法により堆積させたものが一般的である。
Note that a silicon oxide (SiO 2 ) film is known as the insulating
また、近年は、信号遅延の抑制を目的としてこのSiO2膜の替わりに低誘電率絶縁層が用いられる場合も増えてきた。この材料としてフッ素添加酸化ケイ素(SiOF)からなる膜、有機SOG(Spin on glassにより得られる有機成分を含む膜)、ポーラスシリカ等の低誘電率材料以外に、CVD法(化学的気相法)によるSiOC膜が知られている。 Furthermore, in recent years, low dielectric constant insulating layers have been increasingly used instead of this SiO 2 film for the purpose of suppressing signal delay. In addition to low dielectric constant materials such as films made of fluorine-added silicon oxide (SiOF), organic SOG (films containing organic components obtained by spin-on-glass), and porous silica, this material can also be made using the CVD method (chemical vapor phase method). A SiOC film is known.
低誘電材料の有機ケイ素材料としては、商品名:Black Diamond(比誘電率2.7、アプライドマテリアルズ社技術)、商品名Coral(比誘電率2.7、Novellus Systems社技術)、Aurora2.7(比誘電率2.7、日本ASM社技術)等を挙げることができ、とりわけSi-CH3結合を有する化合物が好ましく用いられている。本研磨用組成物は、これら各種の絶縁層を採用する場合に好適に使用することができる。 Examples of low dielectric organic silicon materials include: Black Diamond (relative permittivity 2.7, technology from Applied Materials), Coral (relative permittivity 2.7, technology from Novellus Systems), and Aurora2.7. (relative dielectric constant 2.7, technology from Japan ASM Co., Ltd.), among others, compounds having a Si--CH 3 bond are preferably used. This polishing composition can be suitably used when these various insulating layers are employed.
また、研磨停止層3としては、SiN層、TiN層等が知られている。本研磨用組成物は、これら各種の研磨停止層を採用する場合に好適に使用することができる。本研磨用組成物は酸化剤を含有しないことで、例えば、SiN等を酸化により変性させ、研磨停止層としての機能を弱め、研磨の制御を困難にするということも殆どない。 Further, as the polishing stop layer 3, a SiN layer, a TiN layer, etc. are known. This polishing composition can be suitably used when employing these various polishing stop layers. Since the present polishing composition does not contain an oxidizing agent, it is unlikely to modify SiN or the like by oxidation, weakening its function as a polishing stopper layer, and making it difficult to control polishing.
上記研磨方法において、研磨装置としては従来公知の研磨装置を使用することができる。図3は、本発明の実施形態に使用可能な研磨装置の一例を示す図である。この研磨装置20は、半導体集積回路装置21を保持する研磨ヘッド22と、研磨定盤23と、研磨定盤23の表面に貼り付けられた研磨パッド24と、研磨パッド24に研磨用組成物25を供給する供給配管26とを備えている。供給配管26から研磨用組成物25を供給しながら、研磨ヘッド22に保持された半導体集積回路装置21の被研磨面を研磨パッド24に接触させ、研磨ヘッド22と研磨定盤23とを相対的に回転運動させて研磨を行うように構成されている。なお、本発明の実施形態に使用される研磨装置はこのような構造のものに限定されない。
In the above polishing method, a conventionally known polishing device can be used as the polishing device. FIG. 3 is a diagram showing an example of a polishing apparatus that can be used in the embodiment of the present invention. This polishing
研磨ヘッド22は、回転運動だけでなく直線運動をしてもよい。また、研磨定盤23および研磨パッド24は、半導体集積回路装置21と同程度またはそれ以下の大きさであってもよい。その場合は、研磨ヘッド22と研磨定盤23とを相対的に移動させることにより、半導体集積回路装置21の被研磨面の全面を研磨できるようにすることが好ましい。さらに、研磨定盤23および研磨パッド24は回転運動を行なうものでなくてもよく、例えばベルト式で一方向に移動するものであってもよい。
The polishing
このような研磨装置20の研磨条件には特に制限はないが、研磨ヘッド22に荷重をかけて研磨パッド24に押しつけることで、より研磨圧力を高め、研磨速度を向上させることも可能である。研磨圧力は0.5~50kPa程度が好ましく、研磨速度の半導体集積回路装置21の被研磨面内均一性、平坦性、スクラッチなどの研磨欠陥防止の観点から、3~40kPa程度がより好ましい。研磨定盤23および研磨ヘッド22の回転数は、50~500rpm程度が好ましいがこれに限定されない。また、研磨用組成物25の供給量については、被研磨面構成材料や研磨用組成物の組成、上記各研磨条件等により適宜調整、選択されるが、例えば、直径200mmのウェハを研磨する場合には、概ね100~300ml/分程度の供給量が好ましい。
There are no particular restrictions on the polishing conditions of the polishing
研磨パッド24としては、一般的な不織布、発泡硬質ポリウレタン、多孔質樹脂、非多孔質樹脂などからなるものを使用することができる。また、研磨パッド24への研磨用組成物25の供給を促進し、あるいは研磨パッド24に研磨用組成物25が一定量溜まるようにするために、研磨パッド24の表面に格子状、同心円状、らせん状などの溝加工が施されていてもよい。
As the
また、必要により、パッドコンディショナーを研磨パッド24の表面に接触させて、研磨パッド24表面のコンディショニングを行いながら研磨してもよい。
Further, if necessary, polishing may be performed while conditioning the surface of the
以下、本発明を実施例および比較例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be specifically explained below with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
例1~11は実施例、例12~13は比較例である。以下の例において、「%」は、特に断らない限り質量%を意味する。また、特性値は下記の方法により測定し評価した。 Examples 1 to 11 are examples, and Examples 12 to 13 are comparative examples. In the following examples, "%" means mass % unless otherwise specified. Further, the characteristic values were measured and evaluated by the following method.
[pH]
pHは、東亜ディーケーケー社製のpHメータHM-30Rを使用して測定した。
[pH]
The pH was measured using a pH meter HM-30R manufactured by DKK Toa.
[平均二次粒子径]
平均二次粒子径は、レーザー散乱・回折式の粒度分布測定装置(堀場製作所製、装置名:LA-920)を使用して測定した。
[Average secondary particle diameter]
The average secondary particle diameter was measured using a laser scattering/diffraction type particle size distribution measuring device (manufactured by Horiba, Ltd., device name: LA-920).
[研磨特性]
研磨特性は、全自動CMP研磨装置(Applied Materials社製、装置名:Mirra)を用いて以下の研磨を行い評価した。研磨パッドは、発泡硬質ポリウレタンパッドを使用し、研磨パッドのコンディショニングには、CVDダイヤモンドパッドコンディショナー(スリーエム社製、商品名:Trizact B5)を使用した。研磨条件は、研磨圧力を13.8kPa(2psi)、研磨定盤の回転数を80rpm、研磨ヘッドの回転数を79rpmとした。また、研磨剤の供給速度は200ミリリットル/分とした。
[Polishing properties]
The polishing properties were evaluated by performing the following polishing using a fully automatic CMP polishing device (manufactured by Applied Materials, device name: Mirra). A foamed hard polyurethane pad was used as the polishing pad, and a CVD diamond pad conditioner (manufactured by 3M, trade name: Trizact B5) was used to condition the polishing pad. The polishing conditions were as follows: the polishing pressure was 13.8 kPa (2 psi), the rotation speed of the polishing surface plate was 80 rpm, and the rotation speed of the polishing head was 79 rpm. Further, the supply rate of the abrasive was 200 ml/min.
研磨速度[オングストローム/分]の測定のために、研磨対象物(被研磨物)として、以下の(A)および(B)を準備した。
(A)8インチシリコンウェハ上に、テトラエトキシシランを原料にプラズマCVDにより二酸化ケイ素膜が成膜された二酸化ケイ素膜付き基板。
(B)8インチシリコンウェハ上に、ルテニウム層を有するルテニウム層付き基板。
In order to measure the polishing rate [Angstrom/min], the following (A) and (B) were prepared as objects to be polished (objects to be polished).
(A) A silicon dioxide film-coated substrate in which a silicon dioxide film was formed on an 8-inch silicon wafer by plasma CVD using tetraethoxysilane as a raw material.
(B) A ruthenium layered substrate having a ruthenium layer on an 8-inch silicon wafer.
基板上に成膜された二酸化ケイ素膜の膜厚の測定には、KLA-Tencor社の膜厚計UV-1280SEを使用した。また、ルテニウム層の膜厚の測定には、国際電気セミコンダクターサービス社製の抵抗率測定器VR300Dを使用した。 A film thickness meter UV-1280SE manufactured by KLA-Tencor was used to measure the thickness of the silicon dioxide film formed on the substrate. Further, a resistivity measuring device VR300D manufactured by Kokusai Electric Semiconductor Service Co., Ltd. was used to measure the thickness of the ruthenium layer.
[例1]
純水、化合物(1Si-1)・K+、ポリアクリル酸およびpH調整剤を混合して、所定のpHになるように調整した混合液を作製し、この混合液をさらに、平均一次粒子径60nm(平均二次粒子径90nm)の酸化セリウム粒子を純水に分散させた酸化セリウム分散液に加えて混合し、pHが9.0の研磨用組成物(1)を得た。研磨用組成物(1))中の各成分の含有量は表3に示すとおりである。
[Example 1]
Pure water, compound (1Si-1)/K + , polyacrylic acid, and a pH adjuster are mixed to prepare a mixed solution adjusted to a predetermined pH, and this mixed solution is further mixed with an average primary particle size. Cerium oxide particles of 60 nm (average secondary particle size 90 nm) were added to a cerium oxide dispersion liquid in pure water and mixed to obtain a polishing composition (1) having a pH of 9.0. The content of each component in the polishing composition (1) is as shown in Table 3.
[例2~4]
例1の酸化セリウム粒子の含有量を変更した以外は例1と同様に調製して、研磨組成物(2)~(4)を得た。研磨用組成物(1)~(4)について上記の方法により研磨特性を測定した。結果を併せて表3に示す。
[Examples 2 to 4]
Polishing compositions (2) to (4) were obtained in the same manner as in Example 1 except that the content of cerium oxide particles in Example 1 was changed. The polishing properties of polishing compositions (1) to (4) were measured by the method described above. The results are also shown in Table 3.
化合物(1Si-1)・K+は、化合物(1Si-1)においてX+がK+である化合物である。以下、化合物(1)については化合物(1Si-1)・K+と同様に、表1の化合物の略称とX+を示すカチオン自体またはその略称との組み合わせで表記する。 Compound (1Si-1)·K + is a compound in which X + is K + in compound (1Si-1). Hereinafter, compound (1) will be expressed as a combination of the abbreviation of the compound in Table 1 and the cation itself representing X + or its abbreviation, similar to compound (1Si-1).K + .
[例5~11]
化合物(1Si-1)・K+のかわりに、表3に示す化合物(1)を用い、酸化セリウムの配合量とpHを表3に示す数値に調整した以外は、例2と同様にして、例5~11の研磨用組成物(5)~(11)を調製し、上記の方法により研磨特性を測定した。結果を表3に示す。
[Examples 5 to 11]
In the same manner as in Example 2, except that compound (1) shown in Table 3 was used instead of compound (1Si-1) K + , and the amount of cerium oxide and pH were adjusted to the values shown in Table 3. Polishing compositions (5) to (11) of Examples 5 to 11 were prepared, and their polishing properties were measured by the method described above. The results are shown in Table 3.
[例12]
化合物(1Si-1)・K+と水を混合し、さらにpH調整剤によりpHを10.0に調整して、研磨用組成物(12)を得た。研磨用組成物(12)中の各成分の含有量は表3に示すとおりである。研磨用組成物(12)について上記の方法により研磨特性を測定した。結果を併せて表3に示す。
[Example 12]
Compound (1Si-1)·K + and water were mixed, and the pH was further adjusted to 10.0 with a pH adjuster to obtain a polishing composition (12). The content of each component in the polishing composition (12) is as shown in Table 3. The polishing properties of the polishing composition (12) were measured by the method described above. The results are also shown in Table 3.
[例13]
例13として、酸化セリウム粒子の含有量を表3に示す数値に調整し、化合物(1)を含有しない以外は例3と同様にして研磨用組成物(13)を調製し、上記の方法により研磨特性を測定した。研磨用組成物(13)の組成と評価結果を表3に示す。
[Example 13]
As Example 13, a polishing composition (13) was prepared in the same manner as in Example 3 except that the content of cerium oxide particles was adjusted to the values shown in Table 3 and compound (1) was not contained, and the polishing composition (13) was prepared by the above method. The polishing properties were measured. Table 3 shows the composition and evaluation results of polishing composition (13).
表3から、実施例の研磨用組成物は、ルテニウム層の研磨速度が高いと言える。式(1)で示される化合物の種類を変えることで、ルテニウム層の研磨速度を変えることが可能である。また、酸化セリウム砥粒の濃度を調整することで、二酸化ケイ素膜の研磨速度や、ルテニウム層と二酸化ケイ素膜の研磨速度の選択比を任意に調整することも可能である。 From Table 3, it can be said that the polishing compositions of Examples have a high polishing rate for the ruthenium layer. By changing the type of compound represented by formula (1), it is possible to change the polishing rate of the ruthenium layer. Further, by adjusting the concentration of the cerium oxide abrasive grains, it is also possible to arbitrarily adjust the polishing rate of the silicon dioxide film and the selection ratio of the polishing rates of the ruthenium layer and the silicon dioxide film.
本発明の研磨用組成物および研磨方法によれば、コバルト、ルテニウム、モリブデン等の抵抗が低く細線化可能な金属を用いた、特にはこれらの金属を埋め込み配線として用いた半導体集積回路装置の配線形成のためのCMPに用いられる組成物において、酸化剤を用いなくても高い研磨速度で金属層を研磨可能である。また、同時に、二酸化ケイ素膜等の絶縁膜も任意の研磨速度で研磨可能である。以上により、金属層と絶縁層を研磨する工程において、金属層と絶縁層を均等に研磨することが可能となり、被研磨面の平坦性が担保された研磨が可能となる。 According to the polishing composition and polishing method of the present invention, wiring of a semiconductor integrated circuit device using metals such as cobalt, ruthenium, molybdenum, etc., which have low resistance and can be made into thin wires, and in particular, using these metals as embedded wirings. In the composition used for CMP for forming the metal layer, it is possible to polish the metal layer at a high polishing rate without using an oxidizing agent. Furthermore, at the same time, an insulating film such as a silicon dioxide film can also be polished at an arbitrary polishing rate. As described above, in the step of polishing the metal layer and the insulating layer, it becomes possible to polish the metal layer and the insulating layer evenly, and it becomes possible to perform polishing while ensuring the flatness of the surface to be polished.
1…半導体基板、2…絶縁膜、3…研磨停止層、4…金属層、6…埋め込み配線、
20…研磨装置、21…半導体集積回路装置、22…研磨ヘッド、23…研磨定盤、
24…研磨パッド、25…研磨用組成物、26…供給配管
DESCRIPTION OF
20... Polishing device, 21... Semiconductor integrated circuit device, 22... Polishing head, 23... Polishing surface plate,
24... Polishing pad, 25... Polishing composition, 26... Supply piping
Claims (10)
式(1)中、R1は、S- 、またはNR13R14(R13およびR14は、それぞれ独立して水素原子もしくはヘテロ原子を含んでもよい炭化水素基である。)であり、
前記R 1 がS - である場合において、R 2 は、NR 23 R 24 (R 23 およびR 24 は、互いに結合して複素環を形成する基である。)、またはOR 26 (R 26 はヘテロ原子を含んでもよい炭化水素基である。)であり、
前記R 1 がN - R 13 R 14 である場合において、R 2 は、炭化水素基、または、NR 43 R 44 (R 43 およびR 44 は、それぞれ独立して水素原子もしくは炭化水素基である。)であり、
X+は一価カチオンであり、
nは1である。 A polishing composition comprising a compound represented by the following formula (1), cerium oxide particles, and water.
In formula (1), R 1 is S − or N R 13 R 14 (R 13 and R 14 are each independently a hydrocarbon group that may contain a hydrogen atom or a hetero atom. ) ,
In the case where R 1 is S - , R 2 is NR 23 R 24 (R 23 and R 24 are a group that combines with each other to form a heterocycle), or OR 26 (R 26 is a hetero is a hydrocarbon group that may contain atoms),
In the case where R 1 is N - R 13 R 14 , R 2 is a hydrocarbon group or NR 43 R 44 (R 43 and R 44 are each independently a hydrogen atom or a hydrocarbon group. ) and
X + is a monovalent cation ,
n is 1 .
式(2)中、R In formula (2), R 11 は、NHa, N -- RR 1212 (R(R 1212 は水素原子またはヘテロ原子を含んでもよい炭化水素基である。)、NRis a hydrocarbon group which may contain a hydrogen atom or a heteroatom. ), N.R. 1313 RR 1414 (R(R 1313 およびRand R 1414 は、それぞれ独立して水素原子もしくはヘテロ原子を含んでもよい炭化水素基、または、互いに結合して複素環を形成する基である。)、またはN=NRare hydrocarbon groups that may each independently contain a hydrogen atom or a heteroatom, or groups that combine with each other to form a heterocycle. ), or N=NR 1515 (R(R 1515 は炭化水素基である。)であり、is a hydrocarbon group. ) and
R R 22 は、NRis, NR 4343 RR 4444 (R(R 4343 およびRand R 4444 は、それぞれ独立して水素原子もしくはヘテロ原子を含んでもよい炭化水素基、または、互いに結合して複素環を形成する基である。)またはN=NRare hydrocarbon groups that may each independently contain a hydrogen atom or a heteroatom, or groups that combine with each other to form a heterocycle. ) or N=NR 4545 (R(R 4545 は炭化水素基である。)であり、is a hydrocarbon group. ) and
X X ++ は一価カチオンであり、is a monovalent cation,
nはR n is R 11 がNis N -- RR 1212 の場合1であり、それ以外の場合0である。It is 1 if , and 0 otherwise.
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