WO2011021599A1 - Cmp研磨液及び研磨方法 - Google Patents
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Definitions
- the “first polishing step” for polishing the conductive material 3 from the state shown in FIG. 1A to the state shown in FIG. 1B and the state shown in FIG. A two-stage polishing method that is divided into a “second polishing step” in which the barrier film 2 is polished to the state shown in FIG.
- the second polishing step in order to improve the flatness of the surface after the polishing, a part of the convex portion of the interlayer insulating film 1 is generally polished, which is referred to as “over polishing”. That's it.
- the conductive material contains copper as a main component.
- N A [pieces / mol] in the formula (1) represents the Avogadro number
- S BET [m 2 / g] represents the BET specific surface area of the silica particles.
- the amount of silica particles is weighed to 15 g, and thereafter the silanol group density is measured by the same procedure. Also good.
- a silica particle may be isolated and wash
- the BET specific surface area S BET of the silica particles is determined according to the BET specific surface area method.
- a specific measurement method for example, a sample obtained by placing silica particles (or colloidal silica) in a dryer and drying at 150 ° C. and then vacuum degassing at 120 ° C. for 60 minutes in a BET It can be determined by a one-point method or a multi-point method in which nitrogen gas is adsorbed using a specific surface area measuring device. More specifically, first, the abrasive grains dried at 150 ° C.
- the selected silica particles have a shape as shown in FIG. 2, a rectangle (circumscribed rectangle 5) that circumscribes the silica particles 4 and has the longest diameter is guided. Then, assuming that the major axis of the circumscribed rectangle 5 is X and the minor axis is Y, the biaxial average primary particle diameter of one particle is calculated as (X + Y) / 2. This operation is performed on 20 arbitrary silica particles, and the average value obtained is referred to as the biaxial average primary particle diameter in the present invention.
- the raw material monomer for obtaining the acrylic acid polymer include acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, vinyl acetic acid, tiglic acid, 2-trifluoromethylacrylic acid, itaconic acid, fumaric acid, Carboxylic acids such as maleic acid, citraconic acid, mesaconic acid and gluconic acid; sulfonic acids such as 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid; esters such as methyl acrylate, butyl acrylate, methyl methacrylate and butyl methacrylate And salts thereof such as ammonium salts, alkali metal salts, and alkylamine salts.
- a methacrylic acid polymer (a polymer obtained by polymerizing or copolymerizing a raw material monomer containing methacrylic acid as a monomer component).
- the methacrylic acid polymer is preferably at least one selected from a homopolymer of methacrylic acid and a copolymer of methacrylic acid and a monomer copolymerizable with the methacrylic acid.
- the CMP polishing liquid according to the second embodiment has a phenomenon in which the thickness of the interlayer insulating film in the vicinity of the wiring metal portion is reduced while obtaining a good polishing rate for the barrier layer and the interlayer insulating film as compared with the conventional CMP polishing liquid.
- the occurrence of the “seam” can be effectively suppressed.
- the CMP polishing liquid of the present invention has a high polishing rate with respect to the interlayer insulating film, and various types can be obtained by changing the addition amount of components such as the metal oxide dissolving agent other than abrasive grains. Therefore, there is a great feature that a margin as a CMP polishing liquid material is wide. That is, conventionally, changing the type and blending amount of one component of the CMP polishing liquid to improve one characteristic tends to break the delicate balance between the various components and deteriorate other characteristics. there were. For example, when the type of component is changed in order to improve the flatness of the surface after polishing, the polishing rate, which is the most important factor, may decrease.
- the CMP polishing liquid of the present invention as described above can be applied to a polishing process for manufacturing semiconductor substrates and electronic devices. More specifically, the present invention can be applied to formation of wiring on a semiconductor substrate.
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Abstract
Description
(A1)前記シリカ粒子のシラノール基密度が5.0個/nm2以下であり、(B1)前記シリカ粒子を走査型電子顕微鏡により観察した画像から任意の20個を選択したときの二軸平均一次粒子径が25~55nmであり、(C1)会合度が1.1以上であるCMP研磨液に関する。
少なくとも前記凸部上の前記バリア膜を研磨して凸部の層間絶縁膜を露出させる第2の研磨工程とを含み、
少なくとも前記第2の研磨工程で前記(1)~(11)の本発明のCMP研磨液のいずれかを供給しながら、研磨する研磨方法が提供される。このような研磨方法によれば、バリア膜及び層間絶縁膜を高速に研磨することができる。
以下、本発明のCMP研磨液について順に説明する。本発明のCMP研磨液の第一実施形態は、媒体と、前記媒体に分散している砥粒としてシリカ粒子とを含む、CMP研磨液であって、前記シリカ粒子のシラノール基密度が5.0個/nm2以下であり、前記シリカ粒子を走査型電子顕微鏡により観察した画像から任意の20個を選択したときの二軸平均一次粒子径が25~55nmであり、前記シリカ粒子の会合度が1.1以上であるCMP研磨液である。
(I-i.シラノール基密度)
第一実施形態に係るCMP研磨液に使用するシリカ粒子は、シラノール基密度が5.0個/nm2以下である。これにより、層間絶縁膜に対して良好な研磨速度が得られ、かつ、分散安定性に優れたCMP研磨液を得ることができる。層間絶縁膜に対する研磨速度により優れる点で、前記シラノール基密度としては、4.5個/nm2以下であることが好ましく、4.0個/nm2以下であることがより好ましく、3.5個/nm2以下であることがさらに好ましく、3.0個/nm2以下であることが特に好ましく、2.0個/nm2以下であることが極めて好ましい。
(ここで、式(1)中のNA[個/mol]はアボガドロ数、SBET[m2/g]はシリカ粒子のBET比表面積をそれぞれ示す。)
後述するコロイダルシリカのように、水等の媒体に分散された状態で入手できるシリカ粒子の場合は、シリカ粒子量が15gになる量を量りとり、以後は同じ手順でシラノール基密度を測定してもよい。また、CMP研磨液に含まれるシリカ粒子については、CMP研磨液からシリカ粒子を単離・洗浄し、以後は同様の手順でシラノール基密度を測定してもよい。
第一実施形態に係るCMP研磨液に使用するシリカ粒子としては、層間絶縁膜に対する良好な研磨速度を得ることができる点にのみ着目すれば、二軸平均一次粒子径が10~100nmの範囲のものが好ましく、下限は20nm以上であることがより好ましく、上限は80nm以下であることがより好ましい。また、CMP研磨液中での分散安定性が比較的良く、CMPにより発生する研磨傷の発生数の比較的少ない点で、二軸平均一次粒子径が20~60nmであることが好ましく、下限は25nm以上であることがより好ましく、上限は55nm以下であることがより好ましい。従って、第一実施形態に係るCMP研磨液では、層間絶縁膜に対する研磨速度と、シリカ粒子の分散安定性を高いレベルで両立するためには、二軸平均一次粒子径が25~55nmとする。同様の理由で、35~55nmであることがより好ましい。
本発明の研磨液に使用されるシリカ粒子は、好ましい層間絶縁膜の研磨速度が得られる点で、粒子の会合度が1.1以上であり、同様の理由で、前記会合度は1.2以上であることが好ましく、1.3以上であることがより好ましく、1.4以上であることが更に好ましい。
本発明のCMP研磨液に使用するシリカ粒子としては、砥粒の分散性に優れ、層間絶縁膜に対して良好な研磨速度が得られる点で、CMP研磨液中でのゼータ電位が+5mV以上であることが好ましく、+10mV以上であることがより好ましい。上限は特に制限はないが、約80mV以下であれば通常の研磨には充分である。なお、前記ゼータ電位を5mV以上とする手法としては、CMP研磨液のpHを調整する、CMP研磨液にカップリング剤や水溶性ポリマーを配合する等の手法が挙げられる。前記水溶性ポリマーとしては、水溶性陽イオン性ポリマーが好適に使用できる。
前記シリカ粒子の含有量は、CMP研磨液100質量部に対して、3.0~8.0質量部とすることが好ましい。前記の特性を有するコロイダルシリカの含有量が3.0質量部以上の場合、層間絶縁膜に対する良好な研磨速度が得られる傾向があり、8.0質量部以下の場合、粒子の凝集・沈降がより抑制しやすくなり、結果として良好な分散安定性・保存安定性が得られる傾向がある。なお、ここでの含有量とは、CMP研磨工程に使用しうる状態に調合した状態(POU。Point of Useの意)での配合量であり、後述する分液保存時又は濃縮保存時の配合量ではない。
本発明のCMP研磨液は、層間絶縁膜を高速に研磨できることを特長とするが、前記のように、バリア膜の研磨において、層間絶縁膜をオーバー研磨する場合のCMP研磨液として好適に使用するためには、被研磨面に含まれる導電性物質及びバリア膜の研磨速度も良好な値に保つことが好ましい。このような点で、本発明のCMP研磨液のpHは中性領域又は酸性領域であることが好ましい。ここで中性領域とは6.5以上7.5以下と定義され、酸性領域とはpH6.5未満として定義される。
CMP研磨液の媒体としては、シリカ粒子が分散できる液体であれば特に制限されないが、pH調整の取り扱い性、安全性、被研磨面との反応性などの点から水を主成分とするものが好ましく、より具体的には、脱イオン水、イオン交換水、超純水等が好ましい。
本発明においては、導電性物質やバリア膜に対する研磨速度を得ることを主な目的として、さらに酸化金属溶解剤、金属酸化剤(以下、単に「酸化剤」ともいう。)を含有することができる。CMP研磨液のpHが低い場合には、導電性物質のエッチングが生じるおそれがあるため、これを抑制する目的で金属防食剤を含有することができる。以下これらの成分について説明する。
本発明のCMP研磨液は、導電性物質及びバリア膜等の金属に対する良好な研磨速度が得られる点で、酸化金属溶解剤を含有することが好ましい。ここで酸化金属溶解剤とは、少なくとも酸化した導電性物質を水に溶解させるのに寄与する物質として定義され、キレート剤、エッチング剤として知られる物質を含む。
本発明のCMP研磨液は、導電性物質に対する保護膜を形成して導電性物質のエッチングを抑制し、さらに、研磨後の表面に荒れが生じるのを防ぐ機能を有する金属防食剤を含有することが好ましい。ここで、金属防食剤とは、単独で使用したときに前記導電性物質に保護膜を形成しうる物質として定義される。前記保護膜は、金属防食剤の水溶液に導電性物質膜を有する試料を浸漬し、試料の表面の組成分析を行うことで保護膜が形成されているか判別することができるが、本発明のCMP研磨液中において、必ずしも前記金属防食剤からなる保護膜が形成されている必要はない。
本発明のCMP研磨液は、前記導電性物質を酸化する能力を有する金属酸化剤を含有することが好ましい。このような金属酸化剤としては、具体的には例えば、過酸化水素、硝酸、過ヨウ素酸カリウム、次亜塩素酸、オゾン水等が挙げられ、中でも過酸化水素がより好ましい。これらは1種類単独で又は2種類以上混合して用いることができる。過酸化水素は、通常過酸化水素水として入手できるため、本発明のCMP研磨液を、後述するように濃縮保存して使用する場合に、希釈液として使用することができる。
本発明のCMP研磨液は、水溶性ポリマーを含有することができる。CMP研磨液は、水溶性ポリマーを含有させることで、被研磨面の平坦化能に優れ、また、微細配線部が密集している部位においても、エロージョンの発生を抑制することができる。
試料:10μL
標準ポリスチレン:東ソー株式会社製標準ポリスチレン(分子量;190000、17900、9100、2980、578、474、370、266)
検出器:株式会社日立製作所社製、RI-モニター、商品名「L-3000」
インテグレーター:株式会社日立製作所社製、GPCインテグレーター、商品名「D-2200」
ポンプ:株式会社日立製作所社製、商品名「L-6000」
デガス装置:昭和電工株式会社製、商品名「Shodex DEGAS」
カラム:日立化成工業株式会社製、商品名「GL-R440」、「GL-R430」、「GL-R420」をこの順番で連結して使用
溶離液:テトラヒドロフラン(THF)
測定温度:23℃
流速:1.75mL/分
測定時間:45分
水溶性ポリマーとしては、特に制限はないが、平坦化特性に優れる点で、アクリル酸ポリマー(モノマー成分としてC=C-COOH骨格を含む原料モノマーを重合又は共重合させて得られるポリマー)であることが好ましい。
本発明のCMP研磨液の第二実施形態は、媒体と、前記媒体に分散している砥粒としてシリカ粒子とを含むCMP研磨液であって、前記シリカ粒子のシラノール基密度が5.0個/nm2以下であり、かつ、表面処理されたものではなく、前記シリカ粒子の二軸平均一次粒子径が60nm以下であり、前記会合度が1.20以下または、1.40~1.80の間であるCMP研磨液に関する。
前記で説明してきたような酸化金属溶解剤などの成分を含むことによって、研磨速度を好ましい値に調整することができるが、予め混合しておくことによって、シリカ粒子の分散安定性が低下することがある。これを避けるために、本発明のCMP研磨液は、少なくとも前記のシリカ粒子を含むスラリと、シリカ粒子以外の成分(例えば、シリカ粒子の分散安定性を低下させうる成分)を含む添加液とに分けて調製して保存することができる。
本発明のCMP研磨液に使用されるシリカ粒子は、一次粒子径、会合度及びシラノール基密度がこれまで説明した範囲にあり、相対的に少ない砥粒の含有量でも比較的高い層間絶縁膜の研磨速度を得ることができるため、媒体に高濃度に含有・分散させたることができる。従来のシリカ粒子は、公知の方法で分散性を高めた場合であっても媒体100質量部に対して、せいぜい10質量部程度の含有量が限界であり、これ以上添加すると凝集・沈降が起こる。しかしながら、本発明のCMP研磨液に使用されるシリカ粒子は、10質量部以上媒体に分散させることができ、12質量部程度までは容易に媒体に含有・分散させることが可能である。また、最大で18質量部程度まで含有・分散させることが可能である。このことは、本発明のCMP研磨液が高い濃縮状態のCMP研磨液用濃縮液で保存・運搬できることを意味しており、プロセス上極めて有利である。例えば、シリカ粒子を5質量部含有するCMP研磨液として使用する場合、保存・運搬時は3倍濃縮が可能であることを意味する。このように、使用時よりも3倍以上に濃縮されているCMP研磨液用濃縮液として保存・運搬できる。前記の分液保存において、スラリも同様に濃縮して「濃縮スラリ」として保存・運搬できることはいうまでもない。
以上のような本発明のCMP研磨液を、半導体基板や電子機器製造のための研磨工程に適用することができる。より具体的には、半導体基板における配線の形成に適用できる。
表面に凹部及び凸部を有する層間絶縁膜、該層間絶縁膜を表面に沿って被覆するバリア膜、前記凹部を充填してバリア膜を被覆する導電性物質を有する基板の、導電性物質を研磨して前記凸部上の前記バリア膜を露出させる第1の研磨工程と、
前記CMP研磨液を供給しながら、少なくとも前記凸部上の前記バリア膜を研磨して凸部の層間絶縁膜を露出させる第2の研磨工程と
を含む研磨方法、
を挙げることができる。なお、第2の研磨工程においてはさらに層間絶縁膜の凸部の一部を研磨して平坦化させる、いわゆるオーバー研磨を行うこともできる。
表面に凹部及び凸部を有する層間絶縁膜、該層間絶縁膜を表面に沿って被覆するバリア膜、前記凹部を充填してバリア膜を被覆する導電性物質を有する基板の、導電性物質を研磨して前記凸部上の前記バリア膜を露出させる第1の研磨工程と、
前記CMP研磨液用濃縮液を、希釈液若しくは添加液又はその両方と混合して、CMP研磨液を調製する混合工程と、
該CMP研磨液を供給しながら、少なくとも前記凸部上の前記バリア膜を研磨して凸部の層間絶縁膜を露出させる第2の研磨工程と、
を含むことを特徴とする研磨方法、
を挙げることができる。この際、前記混合工程は、前記第2の研磨工程が行われる時に、CMP研磨液用濃縮液、希釈液、添加液等を別々の配管で供給し、前記第2の研磨工程の系の中で混合する方法をとることができる。また、前記混合工程として、前記第2の研磨工程の前に、CMP研磨液用濃縮液、希釈液、添加液等を混合して、CMP研磨液を調製しておく方法を採ることもできる。
本発明の第一の実施形態に係るCMP研磨液を用いて、各種の膜を研磨した際の研磨速度及び砥粒の分散安定性を調べた。
容器に、酸化金属溶解剤としてリンゴ酸を1.5質量部、金属防食剤としてベンゾトリアゾールを0.6質量部入れ、そこに超純水X質量部を注ぎ、攪拌・混合して、両成分を溶解させた。次に、表1~3に示すコロイダルシリカA~Rを、シリカ粒子として12.0質量部に相当する量添加し、「CMP研磨液用濃縮液」を得た。なお、前記コロイダルシリカは、それぞれ固形分(シリカ粒子含有量)が相違するため、前記超純水X質量部は、CMP研磨液用濃縮液が100質量部になるよう計算して求めた。
前記CMP研磨液用濃縮液100質量部に、超純水200質量部添加して3倍に希釈し、「スラリ」を得た。次に、30質量%の過酸化水素水を2.66質量部(過酸化水素として0.8質量部に相当する量)添加し、攪拌・混合して実施例1-1~1-8、比較例1-1~1-10のCMP研磨液を調製した。
なお、表1~表3中、コロイダルシリカの特性は、下記のようにして調べた。
適量のコロイダルシリカの液を取り、その液が入っている容器にパターン配線付きウエハを2cm角に切ったチップを約30秒浸した後、純水のはいった容器に移して約30秒間すすぎをし、そのチップを窒素ブロー乾燥する。その後、走査型電子顕微鏡(SEM)観察用の試料台に乗せ、加速電圧10kVを掛け、10万倍の倍率にてシリカ粒子を観察した画像を得た。得られた画像から、任意の粒子20個を選択した。図2に示すように、選択した粒子4に外接し、その長径が最も長くなるように配置した長方形(外接長方形)5を導き、その外接長方形5の長径をX、短径をYとして、(X+Y)/2として1粒子の二軸平均一次粒子径を算出した。この作業を任意の20粒子に対して実施し、得られた値の平均値を求め、二軸平均一次粒子径とした。
コロイダルシリカを乾燥機に入れて150℃で乾燥させた後、乳鉢で細かく砕いて測定セルに入れ、120℃で60分間真空脱気した後にBET比表面積測定装置(NOVA-1200、ユアサアイオニクス製)を用い、窒素ガスを吸着させる多点法により求めた。
コロイダルシリカの液を、液中に含まれるシリカ量が15gとなるように量りとり、塩酸でpH3.0~3.5に調整した。調整後の液の1/10に相当する質量分を別の容器に量りとり(この段階でシリカ量A[g]は1.5gである)、そこに塩化ナトリウムを30g添加し、さらに超純水を添加して全量を150gにした。これを、0.1mol/L水酸化ナトリウム溶液でpH4.0に調整し、滴定用サンプルとした。
(ここで、式(1)中のNA[個/mol]はアボガドロ数、SBET[m2/g]はシリカ粒子のBET比表面積をそれぞれ示す。)
(4)二次粒子の平均粒径及び会合度
前記CMP研磨液用濃縮液を0.5g量りとり、99.5gの水で希釈(200倍希釈)して測定サンプルを調製した。次にこの測定サンプルを、COULTER Electronics社製の光回折散乱式粒度分布計(商品名COULTER N5型)を用いて測定し、D50の値をCMP研磨液中の二次粒子の平均粒径(以下、平均粒径という。)とした。この平均粒径を前記二軸平均一次粒子径で除した値を会合度とした。
測定装置として、BECKMAN COULTER製、Delsa Nano Cを使用し、前記装置における測定サンプルの散乱強度が1.0×104~5.0×104cpsとなるように前記(I-2.CMP研磨液の調製)で得られたCMP研磨液を希釈して測定サンプルを調製した。具体的にはCMP研磨液に含まれるコロイダルシリカが、CMP研磨液100質量部中に1.71質量部となるようにCMP研磨液を純水で希釈したものを測定サンプルとし、ゼータ電位測定用セルに入れ、測定した。
前記(I-1)で得られたCMP研磨液を用いて、下記3種類のブランケット基板(ブランケット基板a~c)を、下記研磨条件で、研磨及び洗浄した。
・ブランケット基板(a):
厚さ1000nmの二酸化ケイ素をCVD法で形成したシリコン基板。
厚さ200nmの窒化タンタル膜をスパッタ法で形成したシリコン基板。
厚さ1600nmの銅膜をスパッタ法で形成したシリコン基板。
・研磨・洗浄装置:CMP用研磨機Reflexion LK(AMAT社製)
・研磨布:発泡ポリウレタン樹脂(品名:IC1010、Rohm and Haas製)
・定盤回転数:93回/min
・ヘッド回転数:87回/min
・研磨圧力:10kPa
・CMP研磨液の供給量:300ml/min
・研磨時間:ブランケット基板(a)90sec、ブランケット基板(b)30sec、ブランケット基板(c)120sec
研磨・洗浄後の3種類のブランケット基板それぞれについて、下記のようにして研磨速度を求め、各種の膜に対する研磨速度とした。研磨速度の測定結果を表1~表3に示す。
前記(I-1)で調製したCMP研磨液用濃縮液を、それぞれ60℃の恒温槽で2週間保管した後、砥粒の沈降の有無を目視で確認した。また、60℃の恒温槽で2週間保管した後における二次粒子の平均粒径を前記と同様に測定し、保管後の平均粒径を、保管前の平均粒径で除して、粒径成長率(%)を求めた。
実施例1-1~1-8のコロイダルシリカを用いたCMP研磨液は、バリア膜として使用される窒化タンタル膜に対する研磨速度が84~105nm/minと良好で、層間絶縁膜として使用される二酸化ケイ素膜に対する研磨速度が94~123nm/minと良好であり、かつ、液中に含まれる砥粒(シリカ粒子)含有量が多い時であっても、分散安定性に優れていることが明らかである。
本発明の第二の実施形態に係るCMP研磨液を用いて、配線パターンを有する半導体基板を研磨した際の各層の研磨速度及びシームの量を調べた。
容器に、酸化金属溶解剤としてリンゴ酸を0.4質量部、表4~表6に示す金属防食剤を0.1質量部入れ、そこに超純水X質量部を注ぎ、さらに前記金属防食剤の溶解補助剤として3-メトキシ-3-メチル-1-ブタノールを1.4質量部加え、さらにPMAAの36.5%水溶液を、PMAAとして0.02質量部含まれるよう添加し、攪拌混合して全ての成分を溶解させた。
直径12インチ(30.5cm)(φ)サイズのパターン付基板(ADVANTECH製 SEMATECH 754)を用意した(成膜厚さ:Cu 1000nm、Ta 25nm、TEOS 500nm)。この基板は、シリコン基板と、シリコン基板上に形成され、隆起部と溝部との段差が500nmであるパターンを有する二酸化ケイ素からなる層間絶縁膜と、絶縁膜上にスパッタ法により順に形成された25nmの窒化タンタルからなるバリア膜と、バリア膜上に形成された1.2μmの銅膜とを有する。
研磨パッド:スウェード状発泡ポリウレタン樹脂製研磨布
研磨圧力:30kPa
定盤回転速度:90rpm
研磨液流量:15ml/min
(研磨量の測定方法)
前記条件で研磨したパターン付き基板において、層間絶縁膜の隆起部における、バリア層及び層間絶縁膜の研磨量を、卓上型光干渉式膜厚測定システム ナノスペックM5000(ナノメトリックス製)で測定した。
前記研磨終了後の基板において、配線幅100μmの銅配線部、配線幅100μmの層間絶縁膜部パターンを、接触式段差計(ケーエルエー・テンコール製P-16)で走査し、銅配線近傍の層間絶縁膜部が過剰に研磨された段差量を測定した。なお、前記「ディッシング」も同様にして層間絶縁膜部の膜厚と配線部の膜厚の差を測定した。
実験2における、本発明の第二の実施形態に係るCMP研磨液の評価結果が、12インチウエハでの評価結果と相関していることを確認した。具体的には、実験2における実施例2-2、2-5及び2-8のCMP研磨液を用いて、下記基板の研磨特性を評価した。
実験1で用いたブランケット基板(a)(b)及び(c)を用いた。
直径12インチ(30.5cm)(φ)サイズのパターン付基板(ADVANTECH製 SEMATECH 754)を第1の研磨工程に従いバリア層を露出させた基板
(ブランケット基板の研磨条件)
・研磨・洗浄装置:CMP用研磨機Reflexion LK(AMAT社製)
・研磨布:発泡ポリウレタン樹脂(品名:IC1010、Rohm and Haas製)
・研磨圧力:10kPa
・定盤回転数:93回/min
・ヘッド回転数:87回/min
・CMP研磨液の供給量:300ml/min
・研磨時間:ブランケット基板(a)90sec、ブランケット基板(b)30sec、ブランケット基板(c)120sec
(パターン付き基板の研磨条件)
・研磨、洗浄装置:CMP用研磨機(アプライドマテリアルズ製、Reflexion LK)
・研磨パッド:独立気泡を持つ発泡ポリウレタン樹脂(IC-1010、Rohm and Haas製)
・研磨圧力:10kPa
・定盤回転数:93回/min
・ヘッド回転数:87回/min
・研磨液の供給量:300ml/min
・研磨時間:ディッシングが20nm以下となる時間を目安とし、表7に示す時間研磨した。
ブランケット基板の研磨速度については、実験1と同様にして求めた。
研磨終了後のパターン付き基板のディッシング量及びシーム量について、下記の方法により評価した。
研磨後のパターン付き基板において、配線幅100μmの銅配線部、配線幅100μmの層間絶縁膜部パターンを、接触式段差計(ケーエルエー・テンコール製P-16)で走査して、層間絶縁膜部の膜厚と配線部の膜厚の差を測定し、ディッシング量とした。
研磨後のパターン付き基板において、配線幅100μmの銅配線部、配線幅100μmの層間絶縁膜部パターンを、接触式段差計(ケーエルエー・テンコール製P-16)で走査し、銅配線近傍の層間絶縁膜部が過剰に研磨された段差量を測定した。
2 バリア膜
3 導電性物質
4 粒子
5 外接長方形
6 シリコン基板
7 凹部
8 オーバー研磨された部分
10 基板
20 導体パターンが露出した基板
30 研磨終了後の基板
X 外接長方形の長径
Y 外接長方形の短径
Claims (21)
- 媒体と、前記媒体に分散している砥粒としてシリカ粒子とを含む、CMP研磨液であって、
(A1)前記シリカ粒子のシラノール基密度が5.0個/nm2以下であり、
(B1)前記シリカ粒子を走査型電子顕微鏡により観察した画像から任意の20個を選択したときの二軸平均一次粒子径が25~55nmであり、
(C1)前記シリカ粒子の会合度が1.1以上であるCMP研磨液。 - 媒体と、前記媒体に分散している砥粒としてシリカ粒子とを含む、CMP研磨液であって、
(A2)前記シリカ粒子のシラノール基密度が5.0個/nm2以下であり、かつ、表面処理されたものではなく、
(B2)前記シリカ粒子を走査型電子顕微鏡により観察した画像から任意の20個を選択したときの二軸平均一次粒子径が60nm以下であり、
(C2)前記シリカ粒子の会合度が1.20以下または、1.40~1.80であるCMP研磨液。 - さらに金属防食剤を含む請求項1又は2記載のCMP研磨液。
- 前記金属防食剤がトリアゾール骨格を有する化合物である請求項3記載のCMP研磨液。
- 前記金属防食剤が、ベンゾトリアゾール及び1H-1,2,3-トリアゾロ[4,5-b]ピリジンから選択される少なくとも一種である、請求項3記載のCMP研磨液。
- 前記シリカ粒子は、CMP研磨液中でのゼータ電位が5mV以上である請求項1~5のいずれか記載のCMP研磨液。
- 前記シリカ粒子は、コロイダルシリカである請求項1~6のいずれか記載のCMP研磨液。
- 前記シリカ粒子は、含有量がCMP研磨液100質量部に対して3.0~8.0質量部である請求項1~7のいずれか記載のCMP研磨液。
- pHが中性領域又は酸性領域である請求項1~8のいずれか記載のCMP研磨液。
- さらに、酸化金属溶解剤を含む請求項1~9のいずれか記載のCMP研磨液。
- さらに、酸化剤を含む請求項1~10のいずれか記載のCMP研磨液。
- 請求項1~11のいずれかに記載のCMP研磨液が、3倍以上に濃縮されているCMP研磨液用濃縮液。
- 前記砥粒を5質量部以上含む請求項12記載のCMP研磨液用濃縮液。
- 凹部及び凸部を表面に有する層間絶縁膜、
前記表面に沿って層間絶縁膜を被覆するバリア膜、
前記凹部を充填してバリア膜を被覆する導電性物質
を有する基板の、導電性物質を研磨して前記凸部上の前記バリア膜を露出させる第1の研磨工程と、
少なくとも前記凸部上の前記バリア膜を研磨して凸部の層間絶縁膜を露出させる第2の研磨工程と、
を含み、
少なくとも前記第2の研磨工程で請求項1~11のいずれか記載のCMP研磨液を供給しながら研磨することを特徴とする研磨方法。 - 請求項12又は13記載のCMP研磨液用濃縮液を、希釈液若しくは添加液又はその両方と混合して、CMP研磨液を調製する混合工程と、
凹部及び凸部を表面に有する層間絶縁膜、
前記表面に沿って層間絶縁膜を被覆するバリア膜、
前記凹部を充填してバリア膜を被覆する導電性物質
を有する基板の、導電性物質を研磨して前記凸部上の前記バリア膜を露出させる第1の研磨工程と、
少なくとも前記凸部上の前記バリア膜を研磨して凸部の層間絶縁膜を露出させる第2の研磨工程と、
を含み、
少なくとも前記第2の研磨工程で前記CMP研磨液を供給しながら研磨することを特徴とする研磨方法。 - 層間絶縁膜が、シリコン系被膜又は有機ポリマー膜である請求項14又は15記載の研磨方法。
- 導電性物質が、銅を主成分とする請求項14~16のいずれか記載の研磨方法。
- バリア導体膜が、前記層間絶縁膜へ前記導電性物質が拡散するのを防ぐバリア導体膜であって、タンタル、窒化タンタル、タンタル合金、その他のタンタル化合物、チタン、窒化チタン、チタン合金、その他のチタン化合物、ルテニウム、その他のルテニウム化合物から選ばれる少なくとも1種を含む請求項14~17のいずれか記載の研磨方法。
- 前記第2の研磨工程において、さらに凸部の層間絶縁膜の一部を研磨する請求項14~18のいずれか記載の研磨方法。
- 請求項14~19のいずれか記載の研磨方法を用いて製造された半導体基板。
- 請求項14~19のいずれか記載の研磨方法を用いて製造された電子機器。
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