JP2002313758A - Polishing composition and polishing method using the same - Google Patents
Polishing composition and polishing method using the sameInfo
- Publication number
- JP2002313758A JP2002313758A JP2001119557A JP2001119557A JP2002313758A JP 2002313758 A JP2002313758 A JP 2002313758A JP 2001119557 A JP2001119557 A JP 2001119557A JP 2001119557 A JP2001119557 A JP 2001119557A JP 2002313758 A JP2002313758 A JP 2002313758A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- polishing
- copper
- tantalum
- layer made
- acid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体、フォトマ
スク、各種メモリーハードディスク用基盤の研磨に使用
される研磨用組成物に関し、特に半導体産業などにおけ
るデバイスウェーファーの表面平坦化加工に好適な研磨
用組成物およびこの組成物を用いた研磨方法に関するも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polishing composition used for polishing substrates for semiconductors, photomasks and various types of memory hard disks, and more particularly to a polishing composition suitable for flattening the surface of a device wafer in the semiconductor industry and the like. The present invention relates to a composition for polishing and a polishing method using the composition.
【０００２】さらに詳しくは、本発明はデバイスウェー
ファーのプロセス加工時において、いわゆる化学的・機
械的研磨（Chemical Mechanical Polishing：以下CMPと
いう）技術が適用されている半導体デバイスの研磨にお
いて、高効率であり、高選択性を有し、かつ、優れた研
磨表面を形成することができる研磨用組成物、およびこ
の組成物を用いた研磨方法に関するものである。More specifically, the present invention provides a highly efficient polishing of a semiconductor device to which a so-called chemical mechanical polishing (CMP) technique is applied at the time of processing a device wafer. The present invention relates to a polishing composition having a high selectivity and capable of forming an excellent polishing surface, and a polishing method using the composition.
【０００３】[0003]
【従来の技術】近年のコンピューターをはじめとする、
いわゆるハイテク製品の進歩は目覚ましく、これに使用
される部品、例えばULSI、は年々、高集積化、高速化の
一途をたどっている。これに伴い、半導体デバイスのデ
ザインルールは、年々微細化が進み、デバイス製造プロ
セスでの焦点深度は浅くなり、パターン形成面に要求さ
れる平坦性は厳しくなってきている。2. Description of the Related Art Recent computers,
The progress of so-called high-tech products has been remarkable, and the components used for it, such as ULSI, are becoming ever more highly integrated and faster. Along with this, the design rules of semiconductor devices have been miniaturized year by year, the depth of focus in the device manufacturing process has become shallower, and the flatness required for the pattern formation surface has become stricter.
【０００４】また、デバイス上の配線の微細化による配
線抵抗の増大に対処するため、配線材料として従来一般
的に使用されていたタングステンおよびアルミニウムに
代わり、銅の使用が検討されている。銅は、その性質上
異方性エッチングによる加工が難しい。このため、絶縁
膜上に配線溝および孔を形成させた後、スパッタリング
法またはメッキ法により配線用の銅膜を成膜し（いわゆ
るダマシン法）、次いで、絶縁膜上に堆積した不要な銅
膜を機械的研磨と化学的研磨とを組み合わせたCMP加工
により除去するような、特定のプロセスが必要であると
されている。Further, in order to cope with an increase in wiring resistance due to miniaturization of wiring on a device, the use of copper instead of tungsten and aluminum conventionally used as wiring materials has been studied. Copper is difficult to process by anisotropic etching due to its properties. For this reason, after forming wiring grooves and holes on the insulating film, a copper film for wiring is formed by a sputtering method or a plating method (a so-called damascene method), and then an unnecessary copper film deposited on the insulating film. It is said that a specific process is required, such as removing by a CMP process that combines mechanical polishing and chemical polishing.
【０００５】しかしながら、前述のプロセスでは、銅原
子が絶縁膜中へ拡散してデバイス特性を劣化させること
がある。そこで、銅原子の拡散を防止する目的で、配線
溝および孔を形成させた絶縁膜上にバリア層を設けるこ
とが検討されている。このようなバリア層の材料として
は、金属タンタル、または窒化タンタルをはじめとする
タンタル含有化合物がデバイスの信頼性の観点から最も
優れており、今後採用される可能性が最も高い。[0005] However, in the above-described process, copper atoms may diffuse into the insulating film to deteriorate device characteristics. Therefore, for the purpose of preventing the diffusion of copper atoms, it has been studied to provide a barrier layer on an insulating film in which wiring grooves and holes are formed. As a material for such a barrier layer, a tantalum-containing compound such as metal tantalum or tantalum nitride is the most excellent from the viewpoint of device reliability, and is most likely to be adopted in the future.
【０００６】従って、このような銅およびタンタル含有
化合物を含む半導体デバイスのCMP加工プロセスは、ま
ず最表層にある銅膜、次いでバリア層であるタンタル含
有化合物膜をそれぞれ研磨し、さらに二酸化ケイ素また
は酸フッ化ケイ素などの絶縁膜に達した時点で研磨を終
了させるのが一般的である。理想的なプロセスとして
は、１種類の研磨用組成物を使用し、１回の研磨工程
で、銅膜およびタンタル含有化合物膜を均一に除去し、
さらに絶縁膜に達した時点において確実に研磨を終了さ
せるものである。なお、本発明において「タンタル含有
化合物」とは窒化タンタルなどの他、金属タンタルも包
含するものとし、「銅」は銅に対してアルミニウムなど
を配合した合金をも包含するものとする。Accordingly, the CMP process of a semiconductor device containing such a copper and a tantalum-containing compound is performed by first polishing a copper film on the outermost layer and then a tantalum-containing compound film as a barrier layer, and further polishing silicon dioxide or acid. Generally, polishing is terminated when the insulating film such as silicon fluoride is reached. As an ideal process, one kind of polishing composition is used, and in one polishing step, the copper film and the tantalum-containing compound film are uniformly removed,
Further, the polishing is surely terminated at the time of reaching the insulating film. In the present invention, the “tantalum-containing compound” includes metal tantalum in addition to tantalum nitride and the like, and “copper” includes an alloy in which aluminum is mixed with copper.
【０００７】しかし、銅とタンタル含有化合物では、そ
の硬度、化学的安定性、およびその他の性質が異なるた
めに前述した加工プロセスによって理想的な加工を施す
ことが困難であった。これを解決するために、２段の、
すなわち研磨工程を２回に分けて行う研磨方法が検討さ
れている。However, copper and tantalum-containing compounds differ in hardness, chemical stability, and other properties, making it difficult to perform ideal processing by the above-described processing process. To solve this, a two-stage
That is, a polishing method in which the polishing step is divided into two steps is being studied.
【０００８】このような２段階の研磨方法では、まず、
１段目の研磨工程で、銅膜を高効率で研磨することがで
きる研磨用組成物を使用し、タンタル含有化合物膜をス
トッパーとして、そのタンタル含有化合物膜が表れるま
で銅膜を研磨する。この際、銅膜表面にリセス、エロー
ジョン、およびディッシングなどの各種表面欠陥を発生
させない目的で、タンタル含有化合物膜が表れる直前、
すなわち銅膜をわずかに残した時点で１段目の研磨工程
を終了させる場合もある。次に、２段目の研磨工程で、
主としてタンタル含有化合物膜を高効率で研磨すること
ができる研磨用組成物を使用し、絶縁膜をストッパーと
して、その絶縁膜に達するまで銅膜を研磨する。In such a two-stage polishing method, first,
In the first polishing step, the copper film is polished using a polishing composition that can polish the copper film with high efficiency, using the tantalum-containing compound film as a stopper until the tantalum-containing compound film appears. At this time, for the purpose of not causing various surface defects such as recess, erosion, and dishing on the copper film surface, immediately before the tantalum-containing compound film appears,
That is, the first polishing step may be terminated when a small amount of the copper film is left. Next, in the second polishing step,
A copper composition is mainly polished by using a polishing composition capable of polishing a tantalum-containing compound film with high efficiency and using an insulating film as a stopper until the copper film reaches the insulating film.
【０００９】ここで、リセス、エロージョン、およびデ
ィッシングとは、配線部分を過剰に研磨することにより
生じる表面欠陥である。それぞれの表面欠陥の主な原因
は、リセスについては配線層へのエッチング作用、エロ
ージョンについては単位面積あたりにかかる圧力の違
い、ディッシングについては、配線層（ここでは銅膜）
と絶縁層またはタンタル含有化合物膜との硬度差であ
る。このような表面欠陥は配線層の断面積を小さくする
ため、デバイスを作成した場合に上記のような表面欠陥
が生じた部分の配線の抵抗が大きくなったり、極端な場
合には接触不良が起きたりする。また、絶縁膜に対する
研磨速度が過大であると、オキサイドロスが過大となっ
て配線抵抗が増大することがある。オキサイドロスと
は、例えば配線層およびバリア層の研磨後、表面に露出
する絶縁膜、具体的にはTEOS、SiOF、SiOCなど、すなわ
ちオキサイド（酸化物）の研磨除去量を示すものであ
る。このオキサイドロスが大きいということは、研磨に
よって配線溝の深さが浅くなること、すなわち配線の断
面積が小さくなることを意味する。従って過大なオキサ
イドロスは、配線抵抗の増大によるチップ性能の劣化に
つながることがある。Here, the recess, erosion and dishing are surface defects caused by excessively polishing the wiring portion. The main causes of each surface defect are the etching action on the wiring layer for recess, the difference in pressure applied per unit area for erosion, and the wiring layer (copper film here) for dishing.
And the hardness difference between the insulating layer and the tantalum-containing compound film. Since such surface defects reduce the cross-sectional area of the wiring layer, when a device is manufactured, the resistance of the wiring at the portion where the surface defects occur as described above increases, and in extreme cases, poor contact occurs. Or If the polishing rate for the insulating film is too high, the oxide loss may be too high and the wiring resistance may increase. The oxide loss refers to, for example, a polishing removal amount of an insulating film, specifically, TEOS, SiOF, SiOC, or the like, that is, an oxide (oxide) that is exposed after polishing the wiring layer and the barrier layer. The large oxide loss means that the depth of the wiring groove is reduced by polishing, that is, the cross-sectional area of the wiring is reduced. Therefore, excessive oxide loss may lead to deterioration of chip performance due to increase in wiring resistance.
【００１０】このような問題点に対して、基材上に少な
くとも銅からなる層とタンタル含有化合物からなる層と
を具備してなるデバイスパターンが形成されたウェーフ
ァーを研磨するにあたり、タンタル含有化合物膜に対す
る高い研磨速度と、絶縁膜に対する低い研磨速度とを両
立し、かつ、研磨後の表面に表面欠陥を発生させない研
磨用組成物が望まれていた。[0010] In order to solve such a problem, when polishing a wafer having a device pattern formed on a substrate, the device pattern comprising at least a layer made of copper and a layer made of a tantalum-containing compound, a tantalum-containing compound is used. There has been a demand for a polishing composition that achieves both a high polishing rate for a film and a low polishing rate for an insulating film and does not generate surface defects on the polished surface.
【００１１】本発明者らは、タンタル含有化合物からな
る層を研磨する研磨用組成物として、研磨材、防食剤、
酸化剤、酸、pH調整剤を含んでなり、pHが２〜５であ
り、さらに前記研磨材がコロイダルシリカまたはヒュー
ムドシリカであり、その１次粒子径が20nm以下である研
磨用組成物を開示している（特願2001-4842号）。The present inventors have proposed a polishing composition for polishing a layer comprising a tantalum-containing compound as an abrasive, an anticorrosive,
A polishing composition comprising an oxidizing agent, an acid and a pH adjuster, having a pH of 2 to 5, and the abrasive is colloidal silica or fumed silica, and has a primary particle diameter of 20 nm or less. It is disclosed (Japanese Patent Application No. 2001-4842).
【００１２】また、本発明者らは、銅からなる層を研磨
する研磨用組成物として、研磨材の１次粒子径が50〜12
0nmの研磨用組成物を開示している（特願2000-253349
号）。Further, the present inventors have proposed that a polishing composition for polishing a layer made of copper has a primary particle diameter of an abrasive of 50 to 12%.
A polishing composition of 0 nm is disclosed (Japanese Patent Application No. 2000-253349).
issue).
【００１３】本発明者らは、これらの発明の後にさらに
検討を続け、本発明を完成した。The present inventors have continued their studies after these inventions and completed the present invention.
【００１４】＜発明の概要＞本発明による研磨用組成物
は、（ａ）二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリ
ウム、酸化ジルコニウム、および酸化チタンからなる群
から選ばれる、少なくとも１種類の研磨材、（ｂ）遊離
基捕捉剤（ｃ）塩酸、硝酸、硫酸、リン酸、酢酸、シュ
ウ酸、マロン酸、コハク酸、リンゴ酸、クエン酸、およ
びマレイン酸からなる群から選ばれる、少なくとも１種
類のタンタル含有化合物研磨促進剤、（ｄ）ベンゾトリ
アゾール、ベンゾイミダゾール、トリアゾール、イミダ
ゾール、およびトリルトリアゾールからなる群から選ば
れる、少なくとも１種類の防食剤、（ｅ）アンモニア、
エチレンジアミン、水酸化テトラメチルアンモニウム、
水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化カリウム、水
酸化ナトリウム、ピペラジン、ピペリジン、およびエタ
ノールアミンからなる群から選ばれる、少なくとも１種
類の塩基性化合物、ならびに（ｆ）水、を含んでなるこ
とを特徴とするものである。<Summary of the Invention> The polishing composition according to the present invention comprises (a) at least one abrasive selected from the group consisting of silicon dioxide, aluminum oxide, cerium oxide, zirconium oxide, and titanium oxide; b) Free radical scavenger (c) At least one kind of tantalum selected from the group consisting of hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, acetic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, malic acid, citric acid and maleic acid (D) benzotriazole, benzimidazole, triazole, imidazole, and at least one anticorrosive selected from the group consisting of tolyltriazole, (e) ammonia,
Ethylenediamine, tetramethylammonium hydroxide,
At least one basic compound selected from the group consisting of tetraethylammonium hydroxide, potassium hydroxide, sodium hydroxide, piperazine, piperidine, and ethanolamine, and (f) water. Things.
【００１５】また、本発明による研磨方法は、基材上に
タンタル含有化合物からなる層を具備してなる半導体デ
バイスの、タンタル含有化合物からなる層の表面を前記
の研磨用組成物を用いて研磨することを特徴とするもの
である。Further, according to the polishing method of the present invention, in a semiconductor device comprising a substrate and a layer made of a tantalum-containing compound, the surface of the layer made of the tantalum-containing compound is polished by using the above-mentioned polishing composition. It is characterized by doing.
【００１６】さらに本発明によるもうひとつの研磨方法
は、基材上に、基材から表面に向かって順に、タンタル
含有化合物からなる層および銅からなる層を具備してな
る半導体デバイスを、まずタンタル含有化合物からなる
層に対する研磨速度に対して、銅からなる層に対する研
磨速度が選択的に高い研磨用組成物を用いて銅からなる
層を研磨し、ついで前記の研磨用組成物を用いて、タン
タル含有化合物からなる層を研磨することを特徴とする
ものである。In another polishing method according to the present invention, a semiconductor device having a layer made of a tantalum-containing compound and a layer made of copper on a substrate in order from the substrate to the surface is firstly prepared. For the polishing rate for the layer made of the containing compound, the polishing rate for the layer made of copper is selectively polished with a polishing composition using a high polishing composition, and then using the polishing composition, The method is characterized in that a layer made of a tantalum-containing compound is polished.
【００１７】本発明により、タンタル含有化合物からな
る層に対する高い研磨速度と、絶縁膜に対する低い研磨
速度を兼ね備え、かつ研磨表面に存在する銅配線部分に
はピットを発生させることのない研磨用組成物が提供さ
れる。さらに、本発明により、基材上にタンタル含有化
合物からなる層を有する半導体デバイス、または基材上
に、基材から表面に向かって順に、タンタル含有化合物
からなる層および銅からなる層を具備してなる半導体デ
バイスを研磨するにあたり、短い製造サイクルで、ピッ
トの発生がない優れた研磨表面を形成させることのでき
る研磨方法が提供される。According to the present invention, a polishing composition which has both a high polishing rate for a layer made of a tantalum-containing compound and a low polishing rate for an insulating film and does not generate pits in a copper wiring portion existing on a polishing surface. Is provided. Further, according to the present invention, a semiconductor device having a layer made of a tantalum-containing compound on a substrate, or a substrate, comprising a layer made of a tantalum-containing compound and a layer made of copper in order from the substrate toward the surface. In polishing a semiconductor device, a polishing method capable of forming an excellent polished surface free of pits in a short manufacturing cycle is provided.
【００１８】＜研磨用組成物＞（ａ）研磨材 本発明による研磨用組成物の成分の中で主研磨材として
用いるのに適当な研磨材とは、二酸化ケイ素、酸化アル
ミニウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、および酸
化チタンからなる群より選ばれる少なくとも１種類であ
る。<Polishing Composition> (a) Abrasive Abrasives suitable for use as the main abrasive among the components of the polishing composition according to the present invention include silicon dioxide, aluminum oxide, cerium oxide, and oxide. It is at least one selected from the group consisting of zirconium and titanium oxide.
【００１９】二酸化ケイ素には、コロイダルシリカ、フ
ュームドシリカ、およびその他の、製造法や性状の異な
るものが多種存在する。There are various types of silicon dioxide, such as colloidal silica, fumed silica, and others having different production methods and properties.
【００２０】また、酸化アルミニウムには、α−アルミ
ナ、δ−アルミナ、θ−アルミナ、κ−アルミナ、およ
びその他の形態的に異なるものがある。また製造法から
フュームドアルミナと呼ばれるものもある。Aluminum oxide includes α-alumina, δ-alumina, θ-alumina, κ-alumina, and other morphologically different ones. There is also one called fumed alumina from the manufacturing method.
【００２１】酸化セリウムには、酸化数から３価のもの
と４価のもの、また結晶系から見て、六方晶系、等軸晶
系、および面心立方晶系のものがある。Cerium oxide is classified into trivalent and tetravalent cerium oxides based on the oxidation number, and hexagonal, equiaxed, and face-centered cubic when viewed from the crystal system.
【００２２】酸化ジルコニウムは、結晶系から見て、単
斜晶系、正方晶系、および非晶質のものがある。また、
製造法からフュームドジルコニアと呼ばれるものもあ
る。Zirconium oxide includes monoclinic, tetragonal, and amorphous zirconium oxides. Also,
Some are called fumed zirconia from their manufacturing method.
【００２３】酸化チタンには、結晶系から見て、一酸化
チタン、三酸化二チタン、二酸化チタンおよびその他の
ものがある。また製造法からフュームドチタニアと呼ば
れるものもある。Titanium oxide includes titanium monoxide, dititanium trioxide, titanium dioxide, and others in terms of crystal system. There is also one called fumed titania from the manufacturing method.
【００２４】本発明の組成物には、これらのものを任意
に、必要に応じて組み合わせて、用いることができる。
組み合わせる場合には、その組み合わせ方や使用する割
合は特に限定されない。しかしながら、本発明による効
果、かつ経済性や入手容易性の観点から、二酸化ケイ素
が好ましく、コロイダルシリカが特に好ましい。The composition of the present invention can be used arbitrarily or in combination as needed.
When they are combined, the manner of combination and the proportion used are not particularly limited. However, from the viewpoints of the effects of the present invention, and economics and availability, silicon dioxide is preferred, and colloidal silica is particularly preferred.
【００２５】上記の研磨材は、砥粒としてメカニカルな
作用により被研磨面を研磨するものである。従って、研
磨材の粒径は研磨後の表面の性能に大きく影響する。研
磨速度と、研磨後の表面の性能から、研磨材の粒径は２
〜30nmであることが好ましく、５〜20nmであることがよ
り好ましい。なお、本発明において研磨材の粒径はBET
法により測定した表面積から求められる平均粒子径であ
り、下記の計算式から算出される。 D=6/ρ・S ここで、Dは研磨材の一次粒子径、ρは研磨材の真密
度、SはBET法により測定される比表面積である。The above-mentioned abrasive is for polishing a surface to be polished by mechanical action as abrasive grains. Therefore, the particle size of the abrasive greatly affects the surface performance after polishing. From the polishing rate and the surface performance after polishing, the particle size of the abrasive is 2
It is preferably from 30 to 30 nm, more preferably from 5 to 20 nm. In the present invention, the particle size of the abrasive is BET
It is an average particle diameter obtained from the surface area measured by the method, and is calculated from the following formula. D = 6 / ρ · S Here, D is the primary particle diameter of the abrasive, ρ is the true density of the abrasive, and S is the specific surface area measured by the BET method.
【００２６】研磨用組成物中の研磨材の含有量は、十分
な機械的研磨速度を達成するために0.1g/リットル以上
であることが好ましく、またオキサイドロスを適切に抑
制し、研磨材の凝集を防止するという観点から、80g/リ
ットル以下が好ましい。より好ましい研磨材の含有量は
0.2〜50g/リットル、である。The content of the abrasive in the polishing composition is preferably 0.1 g / liter or more in order to achieve a sufficient mechanical polishing rate. From the viewpoint of preventing aggregation, the amount is preferably 80 g / liter or less. More preferred abrasive content is
0.2 to 50 g / liter.
【００２７】（ｂ）遊離基捕捉剤 本発明において、遊離基捕捉剤とは、研磨工程途中に研
磨用組成物中に発生する、化学的研磨作用を増幅する遊
離基を捕捉する作用を有するものである。すなわち、銅
からなる層を研磨したとき、研磨材用組成物中に生成さ
れる銅イオンが触媒となり、組成物中の化合物、例えば
過酸化水素、尿素など、が分解する。分解反応の結果、
ヒドロキシラジカル、ニトロラジカルなどの遊離基が発
生し、この遊離基が銅からなる層に対する化学的研磨作
用を増幅することがある。このような化学的研磨作用の
増幅は、膜面に対して均一に起こらないため、銅配線部
の表面欠陥（一般的にはピットと呼ばれるへこみ）が発
生することがある。本発明において、遊離基捕捉剤はこ
のような表面欠陥の原因となる遊離基を捕捉して、化学
的研磨作用の増幅を抑制するものである。(B) Free radical scavenger In the present invention, the free radical scavenger has an action of scavenging free radicals generated in the polishing composition during the polishing step and amplifying the chemical polishing action. It is. That is, when a layer made of copper is polished, copper ions generated in the abrasive composition serve as a catalyst, and compounds in the composition, such as hydrogen peroxide and urea, are decomposed. As a result of the decomposition reaction,
Free radicals such as hydroxy radicals and nitro radicals are generated, and these free radicals may amplify the chemical polishing action on the copper layer. Since such amplification of the chemical polishing action does not occur uniformly on the film surface, surface defects (dents generally called pits) of the copper wiring portion may occur. In the present invention, the free radical trapping agent traps free radicals that cause such surface defects and suppresses the amplification of the chemical polishing action.
【００２８】このような遊離基捕捉剤としては、フェノ
ール化合物およびニトロソ基含有化合物が挙げられる。
フェノール化合物のフェノール性水酸基中の水素原子が
遊離基と容易に反応する。遊離基がヒドロキシラジカル
の場合には、そのような反応によって水が生成するが、
このような生成物は化学的研磨作用にはほとんど寄与し
ない。一方、ニトロソ基含有化合物の窒素−酸素結合
は、二重結合が開裂して遊離基と反応する。このような
反応によって、化学的研磨によって組成物中に生成した
遊離基が捕捉され、化学的研磨作用の増幅が抑制され
る。Such free radical scavengers include phenolic compounds and nitroso group-containing compounds.
The hydrogen atom in the phenolic hydroxyl group of the phenol compound easily reacts with the free radical. When the free radical is a hydroxy radical, such a reaction produces water,
Such products contribute little to the chemical polishing action. On the other hand, the nitrogen-oxygen bond of the nitroso group-containing compound reacts with a free radical by cleavage of the double bond. By such a reaction, free radicals generated in the composition by the chemical polishing are trapped, and amplification of the chemical polishing action is suppressed.
【００２９】このようなフェノール化合物の具体例とし
ては、フェノール、ピロカテキン、レゾルシン、ヒドロ
キノン、オルシン、ウルシオール、ピロガロール、ヒド
ロキシヒドロキノンなどが挙げられる。また、ニトロソ
基含有化合物の具体例としては、ニトロソジメチルアニ
リン、ニトロソピペラジン、ニトロソピペリジンなどが
挙げられる。これらのうち、水に対する溶解性、一般的
に使用される容器の化合物に対する耐性、経済性などの
観点から、ヒドロキノンまたはニトロソピペリジンが好
ましい。Specific examples of such phenol compounds include phenol, pyrocatechin, resorcin, hydroquinone, orcin, urushiol, pyrogallol, hydroxyhydroquinone and the like. Further, specific examples of the nitroso group-containing compound include nitrosodimethylaniline, nitrosopiperazine, and nitrosopiperidine. Among these, hydroquinone or nitrosopiperidine is preferred from the viewpoints of solubility in water, resistance to compounds in commonly used containers, and economy.
【００３０】遊離基捕捉剤の添加量は、表面欠陥の発生
を抑制する効果と、遊離基捕捉剤の環境への影響との観
点から、好ましくは0.01〜１g/リットル、より好ましく
は0.05〜0.5g/リットル、である。The amount of the free radical scavenger added is preferably 0.01 to 1 g / liter, more preferably 0.05 to 0.5 g, from the viewpoint of the effect of suppressing the occurrence of surface defects and the effect of the free radical scavenger on the environment. g / liter.
【００３１】（ｃ）タンタル含有化合物研磨促進剤 本発明による研磨用組成物はタンタル含有化合物研磨促
進剤（以下、単に研磨促進剤ということがある）を含ん
でなる。この研磨促進剤は、タンタル含有化合物を研磨
するための化学作用の中心をになうものであり、塩酸、
硝酸、硫酸、リン酸、酢酸、シュウ酸、マロン酸、コハ
ク酸、リンゴ酸、クエン酸、およびマレイン酸からなる
群から選ばれる、少なくとも１種類の化合物である。 (C) Tantalum-containing Compound Polishing Accelerator The polishing composition according to the present invention comprises a tantalum-containing compound polishing accelerator (hereinafter sometimes simply referred to as a polishing accelerator). This polishing accelerator is the center of the chemical action for polishing the tantalum-containing compound, and hydrochloric acid,
It is at least one compound selected from the group consisting of nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, acetic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, malic acid, citric acid, and maleic acid.
【００３２】研磨促進剤の添加量は、タンタル含有化合
物膜に対する化学的研磨作用を十分に保ち、研磨促進の
効果を発現させるために0.1g/リットル以上であること
が好ましい。なお、研磨促進剤の含有量が多い方が研磨
速度を高くできるのが一般的であるが、経済性および環
境への影響などを考慮して添加量を決定すべきである。
このような観点から、より好ましい研磨促進剤の添加量
は１〜５g/リットルである。The addition amount of the polishing accelerator is preferably 0.1 g / liter or more in order to sufficiently maintain the chemical polishing action on the tantalum-containing compound film and to exert the polishing promotion effect. In general, the higher the content of the polishing accelerator, the higher the polishing rate can be. However, the amount to be added should be determined in consideration of economical efficiency, environmental impact, and the like.
From such a viewpoint, the more preferable addition amount of the polishing accelerator is 1 to 5 g / liter.
【００３３】（ｄ）防食剤 本発明による研磨用組成物は防食剤を含んでなる。この
防食剤は、研磨中および研磨後に研磨された銅膜表面を
保護して、銅が腐食されることを抑制する働きを有する
ものであり、ベンゾトリアゾール、ベンゾイミダゾー
ル、トリアゾール、イミダゾール、およびトリルトリア
ゾールからなる群から選ばれる、少なくとも１種類の化
合物である。これらのうち、本発明の効果がより顕著に
表れるベンゾトリアゾールを防食剤として用いることが
好ましい。 (D) Anticorrosive The polishing composition according to the present invention comprises an anticorrosive. This anticorrosive has the function of protecting the polished copper film surface during and after polishing and suppressing the corrosion of copper. Benzotriazole, benzimidazole, triazole, imidazole, and tolyltriazole And at least one compound selected from the group consisting of Among them, it is preferable to use benzotriazole, which exhibits the effects of the present invention more remarkably, as an anticorrosive.
【００３４】防食剤の添加量は、銅に対する十分な防食
効果を達成するために0.1g/リットル以上であることが
好ましい。一方、過剰な保護膜形成作用による研磨作用
の不均一性を抑制するという観点、および防食剤の溶解
不良による問題を防止するために、５g/リットル以下で
あることが好ましい。より好ましい防食剤の添加量は、
0.5〜３g/リットルである。The amount of the anticorrosive added is preferably 0.1 g / liter or more in order to achieve a sufficient anticorrosive effect on copper. On the other hand, the amount is preferably 5 g / liter or less from the viewpoint of suppressing non-uniformity of the polishing action due to excessive protective film forming action and preventing problems due to poor dissolution of the anticorrosive. More preferred amount of the anticorrosive is,
It is 0.5 to 3 g / liter.
【００３５】（ｅ）塩基性化合物 本発明による研磨用組成物は塩基性化合物を含んでな
る。この塩基性化合物は、本発明による効果を損なうこ
となく研磨用組成物のpHを調整する作用を有するもので
あり、アンモニア、エチレンジアミン、水酸化テトラメ
チルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、
水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、ピペラジン、ピペ
リジン、およびエタノールアミンからなる群から選ばれ
る、少なくとも１種類の化合物である。これらのうち、
銅膜に対するエッチング作用が小さく、粒子を凝集させ
にくく、また不純物金属を含まないものが好ましい。そ
のような観点から、もっとも好ましい塩基性化合物は水
酸化テトラメチルアンモニウムである。 (E) Basic Compound The polishing composition according to the present invention comprises a basic compound. This basic compound has a function of adjusting the pH of the polishing composition without impairing the effects of the present invention, and includes ammonia, ethylenediamine, tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide,
It is at least one compound selected from the group consisting of potassium hydroxide, sodium hydroxide, piperazine, piperidine, and ethanolamine. Of these,
It is preferable that the etching action on the copper film is small, the particles are hardly aggregated, and no impurity metal is contained. From such a viewpoint, the most preferred basic compound is tetramethylammonium hydroxide.
【００３６】本発明による研磨用組成物のpHは、前記の
研磨促進剤および塩基性化合物の含有量により変化す
る。通常、塩基性化合物の添加量を調整することによっ
て研磨用組成物のpHを調整する。調整後のpHは、一般に
２〜５、好ましくは３〜４、である。The pH of the polishing composition according to the present invention varies depending on the contents of the polishing accelerator and the basic compound. Usually, the pH of the polishing composition is adjusted by adjusting the amount of the basic compound added. The pH after adjustment is generally 2 to 5, preferably 3 to 4.
【００３７】（ｆ）水 本発明による研磨用組成物は、前記の各成分および必要
に応じてその他の添加剤（詳細後述）を水に溶解または
分散させたものである。このような媒体としての水は、
本発明の効果を十分に発現させ、また本発明による研磨
組成物を用いて製造された製品が不純物により汚染され
ないように、不純物が少ないものが好ましい。具体的に
は、イオン交換樹脂により不純物イオンを除去し、かつ
フィルターによって懸濁物を除去した水、蒸留水などが
用いられる。[0037] (f) The polishing composition of the water present invention, other additives according to the components of the and require (described in detail later) in which is dissolved or dispersed in water. Water as such a medium is
It is preferable to use one having a small amount of impurities so that the effects of the present invention are sufficiently exhibited and a product manufactured using the polishing composition according to the present invention is not contaminated by impurities. Specifically, water, distilled water, etc., from which impurity ions are removed by an ion exchange resin and whose suspended matter is removed by a filter, are used.
【００３８】（ｇ）その他の添加剤 本発明による研磨用組成物は、前記した必須成分の他
に、製品の品質保持や安定化を図る目的や、被加工物の
種類、加工条件およびその他の研磨加工上の必要に応じ
て、各種の公知の添加剤をさらに含んでいてもよい。 (G) Other Additives In addition to the above-mentioned essential components, the polishing composition according to the present invention may be used for the purpose of maintaining and stabilizing the quality of a product, or the type of a workpiece, processing conditions, and other properties. Various known additives may be further contained as required for polishing.
【００３９】このような添加剤のひとつとして、過酸化
水素が挙げられる。過酸化水素は銅膜の表面に酸化膜を
形成させる作用を有する。形成された酸化膜は、本発明
による研磨組成物による研磨作用を受けやすくなるの
で、銅からなる層を研磨する場合には研磨速度を向上さ
せることができる。過酸化水素は銅膜を酸化させるのに
十分な酸化力を有する一方で、不純物となり得る金属イ
オンを含まないものが容易に入手できるので、本発明に
よる研磨用組成物に好ましいものである。One such additive is hydrogen peroxide. Hydrogen peroxide has an effect of forming an oxide film on the surface of the copper film. The formed oxide film is more susceptible to the polishing action of the polishing composition according to the present invention, so that when polishing a layer made of copper, the polishing rate can be improved. Hydrogen peroxide has a sufficient oxidizing power to oxidize a copper film, but can easily be obtained without a metal ion which can be an impurity. Therefore, hydrogen peroxide is preferable for the polishing composition according to the present invention.
【００４０】過酸化水素を添加する場合には、研磨速度
を適切に保つために、その添加量は一般に2.5〜15g/リ
ットル、好ましくは５〜10g/リットル、である。ただ
し、研磨する対象が銅を含まない場合、前記のような研
磨速度改良の効果は小さい。したがって、そのような場
合は経済性の観点から過酸化水素を含有させないことが
望ましい。When hydrogen peroxide is added, the amount is generally 2.5 to 15 g / l, preferably 5 to 10 g / l, in order to keep the polishing rate appropriate. However, when the object to be polished does not contain copper, the effect of improving the polishing rate as described above is small. Therefore, in such a case, it is desirable not to contain hydrogen peroxide from the viewpoint of economy.
【００４１】また、研磨材の分散性を高めるために、あ
るいは研磨用組成物の表面張力または粘度を調整するた
めに、その他の添加剤として界面活性剤を組成物に添加
することができる。このような界面活性剤としては、分
散剤、湿潤剤、増粘剤、消泡剤、起泡剤、撥水剤、およ
びその他が挙げられる。例えば、分散剤として用いられ
る一般的な界面活性剤としては、スルホン酸系、リン酸
系、カルボン酸系、または非イオン系の界面活性剤が挙
げられる。Further, a surfactant may be added to the composition as another additive in order to enhance the dispersibility of the abrasive or to adjust the surface tension or viscosity of the polishing composition. Such surfactants include dispersants, wetting agents, thickeners, defoamers, foaming agents, water repellents, and others. For example, typical surfactants used as dispersants include sulfonic acid, phosphoric acid, carboxylic acid, and nonionic surfactants.
【００４２】＜研磨用組成物の調製＞本発明による組成
物は、一般に上記の各成分を所望の含有率で水に混合
し、研磨材を分散させ、各種添加剤を溶解させることに
より調製する。これらの成分を水中に分散または溶解さ
せる方法は任意であり、例えば、翼式撹拌機で撹拌した
り、超音波分散により分散させる。また、これらの混合
順序は任意であり、研磨用組成物において、研磨材の分
散と添加剤の溶解のいずれを先に行ってもよく、また同
時に行ってもよい。<Preparation of Polishing Composition> The composition according to the present invention is generally prepared by mixing the above-mentioned components in water at a desired content, dispersing the abrasive, and dissolving various additives. . The method of dispersing or dissolving these components in water is arbitrary. For example, the components are stirred by a blade-type stirrer or dispersed by ultrasonic dispersion. In addition, the order of mixing these is arbitrary, and in the polishing composition, either the dispersion of the abrasive or the dissolution of the additive may be performed first, or may be performed simultaneously.
【００４３】また、本発明による研磨用組成物は、比較
的高濃度の原液として調製して貯蔵または輸送などを
し、実際の研磨加工時に希釈して使用することもでき
る。前述の好ましい濃度範囲は、実際の研磨加工時のも
のとして記載したのであり、使用時に希釈する使用方法
をとる場合、貯蔵または輸送などをされる状態において
はより高濃度の溶液となることは言うまでもない。さら
には、取り扱い性の観点から、そのような濃縮された形
態で製造されることが好ましい。The polishing composition according to the present invention can be prepared as a stock solution having a relatively high concentration, stored or transported, and diluted at the time of actual polishing. The preferred concentration range described above is described as the value at the time of actual polishing. Needless to say, when a method of dilution at the time of use is adopted, a solution having a higher concentration is obtained in a state of being stored or transported. No. Furthermore, it is preferable to manufacture in such a concentrated form from the viewpoint of handleability.
【００４４】なお、前記したその他の添加剤として用い
ることのできる過酸化水素は金属イオン、アンモニウム
イオンなどが共存すると分解する性質がある。従って、
本発明による研磨用組成物の成分として過酸化水素を用
いる場合には、過酸化水素を使用の直前に組成物に添加
し、混合して使用することが好ましい。Incidentally, hydrogen peroxide which can be used as the above-mentioned other additives has a property of decomposing when metal ions, ammonium ions and the like coexist. Therefore,
When hydrogen peroxide is used as a component of the polishing composition according to the present invention, it is preferable to add hydrogen peroxide to the composition immediately before use and mix it.
【００４５】＜本発明による研磨用組成物を用いた研磨
方法＞本発明による研磨方法のひとつの態様は、基材上
にタンタル含有化合物からなる層を具備してなる半導体
デバイスの、タンタル含有化合物からなる層の表面を前
記の研磨用組成物を用いて研磨する方法である。<Polishing Method Using Polishing Composition According to the Present Invention> One embodiment of the polishing method according to the present invention relates to a tantalum-containing compound for a semiconductor device comprising a substrate and a layer comprising the tantalum-containing compound. Is a method of polishing the surface of a layer made of the above-mentioned composition using the polishing composition.
【００４６】前記したように、基材上に、基材から表面
に向かって順に、タンタル含有化合物からなる層および
銅からなる層を具備してなる半導体デバイスは、主に銅
からなる層を研磨する１段目の研磨工程と、主にタンタ
ル含有化合物からなる層を研磨する２段目の研磨工程と
の２段階研磨によって研磨されることが一般的である。
本発明による研磨方法は、この２段目の研磨工程に前記
の研磨用組成物を用いることに相当するものである。As described above, a semiconductor device having a layer composed of a tantalum-containing compound and a layer composed of copper on a substrate in order from the substrate to the surface is formed by polishing a layer mainly composed of copper. In general, the polishing is performed by two-stage polishing, in which a first-stage polishing step is performed and a second-stage polishing step is mainly performed for polishing a layer mainly composed of a tantalum-containing compound.
The polishing method according to the present invention corresponds to using the above polishing composition in the second polishing step.
【００４７】この２段階研磨の１段目の研磨が終了した
段階における半導体デバイスの表面は、１段目の研磨の
程度によって状態が異なる。すなわち、１段目の研磨終
了後、理想的な場合には銅からなる層が配線溝や孔の部
分に残る銅を除いて除去された状態にある。したがっ
て、銅からなる層が除去されて露出したタンタル含有化
合物からなる層を除去することが２段目の研磨工程の目
的となる。この場合、前記した本発明による研磨用組成
物を用いることによって、高い研磨速度で研磨すること
ができて、同時に研磨後の表面はピットの発生が少ない
ものとなる。一方、リセス、エロージョン、またはディ
ッシングなどの表面欠陥を避けるために、銅からなる層
を完全に除去せず、銅からなる層をわずかに残して１段
目の研磨を終了させる場合がある。この場合には、本発
明による研磨用組成物、特に過酸化水素を含んでなる本
発明による研磨用組成物を用いると、銅からなる層に対
する研磨速度も高くなり、本発明による効果が発現す
る。The state of the surface of the semiconductor device at the stage when the first-stage polishing of the two-stage polishing is completed differs depending on the degree of the first-stage polishing. That is, after the completion of the first polishing, in an ideal case, the layer made of copper is removed except for the copper remaining in the wiring grooves and holes. Therefore, it is an object of the second polishing step to remove the layer made of the tantalum-containing compound that is exposed after the layer made of copper is removed. In this case, by using the polishing composition according to the present invention described above, polishing can be performed at a high polishing rate, and at the same time, the surface after polishing has less pits. On the other hand, in order to avoid a surface defect such as a recess, erosion, or dishing, the first-stage polishing may be completed without completely removing the copper layer and leaving a small amount of the copper layer. In this case, when the polishing composition according to the present invention, in particular, the polishing composition according to the present invention containing hydrogen peroxide is used, the polishing rate for the copper layer is also increased, and the effect according to the present invention is exhibited. .
【００４８】上記のような２段階研磨において、１段目
の研磨工程における研磨用組成物は銅からなる層に対す
る研磨速度が高いものが好ましく、銅からなる層に対す
る研磨速度が、タンタル含有化合物からなる層に対する
研磨速度に比べて選択的に高いことが特に好ましい。す
なわち、本発明による研磨方法のもうひとつの態様は、
基材上に、基材から表面に向かって順に、タンタル含有
化合物からなる層および銅からなる層を具備してなる半
導体デバイスを、１段目の研磨工程として、タンタル含
有化合物からなる層に対する研磨速度に対して、銅から
なる層に対する研磨速度が選択的に高い研磨用組成物を
用いて銅からなる層を研磨し、２段目の研磨工程とし
て、前記の研磨用組成物を用いて、タンタル含有化合物
からなる層を研磨する方法である。In the two-stage polishing as described above, the polishing composition in the first polishing step preferably has a high polishing rate for the copper layer, and the polishing rate for the copper layer is higher than that of the tantalum-containing compound. It is particularly preferred that the polishing rate is selectively higher than the polishing rate for the layer. That is, another embodiment of the polishing method according to the present invention,
A semiconductor device comprising a layer of a tantalum-containing compound and a layer of copper on a substrate in order from the substrate to the surface is subjected to polishing of the layer of a tantalum-containing compound as a first polishing step. For the speed, the polishing rate for the layer made of copper is selectively polished the layer made of copper using a polishing composition, and as the second polishing step, using the polishing composition described above, This is a method of polishing a layer made of a tantalum-containing compound.
【００４９】ここで、「タンタル含有化合物からなる層
に対する研磨速度に対して、銅からなる層に対する研磨
速度が選択的に高い」とは、それらの研磨速度が有意差
をもっており、銅からなる層に対する研磨速度が相対的
に高いことを意味する。この研磨速度の差は大きい方が
好ましく、具体的にはタンタル含有化合物からなる層に
対する研磨速度に対して、銅からなる層に対する研磨速
度が10〜10000倍であることが好ましく、100〜1000倍で
あることがより好ましい。Here, "the polishing rate for the layer made of copper is selectively higher than the polishing rate for the layer made of the tantalum-containing compound" means that those polishing rates have a significant difference, and the layer made of copper has a significant difference. Means that the polishing rate is relatively high. The difference in the polishing rate is preferably larger, and specifically, the polishing rate for the layer made of copper is preferably 10 to 10,000 times, more preferably 100 to 1000 times, for the layer made of the tantalum-containing compound. Is more preferable.
【００５０】このような方法において、１段目の研磨の
度合い、すなわち、銅からなる層を実質的に完全に除去
するか、わずかに残すかによって、２段目の研磨工程に
用いるのに好ましい研磨用組成物が変化する。すなわ
ち、銅からなる層が完全に除去されている場合には、過
酸化水素を含まない研磨用組成物を用いて研磨すること
が好ましく、銅からなる層を残している場合には過酸化
水素を含む研磨用組成物を用いて研磨することが好まし
い。なお、ここで銅からなる層を実質的に完全に除去す
るとは、配線溝や孔に存在する銅は除去しないことを意
味する。In such a method, depending on the degree of the first-stage polishing, that is, whether the layer made of copper is substantially completely removed or slightly left, it is preferable to use the second-stage polishing step. The polishing composition changes. That is, when the layer made of copper is completely removed, it is preferable to polish using a polishing composition containing no hydrogen peroxide, and when the layer made of copper is left, hydrogen peroxide is used. It is preferable to polish using a polishing composition containing. Here, to substantially completely remove the layer made of copper means that copper existing in the wiring groove or hole is not removed.
【００５１】以下は、本発明による研磨用組成物を例を
用いて具体的に説明するものである。なお、本発明は、
その要旨を超えない限り、以下に説明する諸例の構成に
限定されるものではない。Hereinafter, the polishing composition according to the present invention will be described in detail using examples. In addition, the present invention
The configuration is not limited to the examples described below as long as the gist is not exceeded.
【００５２】[0052]
【実施例】実施例１〜１８および比較例１〜３ ＜研磨用組成物の内容および調製＞表１に示される組成
を有する研磨用組成物を準備した。いずれの例において
も、平均一次粒径が13nmのコロイダルシリカを用いた。
ここで、実施例１〜５は、ヒドロキノン、硝酸、ベンゾ
トリアゾールの添加量をそれぞれ一定量とし、コロイダ
ルシリカの濃度のみを、0.1〜80g/リットルの範囲で変
化させた。なお、これらの例では過酸化水素は添加しな
かった。EXAMPLES Examples 1 to 18 and Comparative Examples 1 to 3 <Contents and Preparation of Polishing Composition> Polishing compositions having the compositions shown in Table 1 were prepared. In each case, colloidal silica having an average primary particle size of 13 nm was used.
Here, in Examples 1 to 5, the addition amounts of hydroquinone, nitric acid, and benzotriazole were each fixed, and only the concentration of colloidal silica was changed in the range of 0.1 to 80 g / liter. In these examples, no hydrogen peroxide was added.
【００５３】また、実施例６〜９では、遊離基捕捉剤で
あるヒドロキノンの量のみを、0.01〜１g/リットルの範
囲で変化させ、コロイダルシリカの濃度は20g/リットル
で一定とした。実施例10〜13では硝酸の添加量のみを0.
1〜10g/リットルの範囲で変化させ、実施例14〜17では
ベンゾトリアゾールの添加量のみを0.1〜５g/リットル
の範囲で変化させた。また、実施例18では遊離基捕捉剤
としてニトロソピペリジンを用いた。In Examples 6 to 9, only the amount of hydroquinone as a free radical scavenger was changed in the range of 0.01 to 1 g / liter, and the concentration of colloidal silica was kept constant at 20 g / liter. In Examples 10 to 13, only the amount of nitric acid added was 0.
In Examples 14 to 17, only the amount of benzotriazole added was changed in the range of 0.1 to 5 g / L. In Example 18, nitrosopiperidine was used as a free radical scavenger.
【００５４】また、比較例１〜３は、それぞれ遊離基捕
捉剤、研磨促進剤、または防食剤を含まない例である。
なお、比較例２以外は組成物のpHが3.5になるように塩
基性化合物として水酸化テトラメチルアンモニウムを添
加した。比較例２のpHは６であった。Further, Comparative Examples 1 to 3 are examples each containing no free radical scavenger, polishing accelerator or anticorrosive.
Except for Comparative Example 2, tetramethylammonium hydroxide was added as a basic compound so that the pH of the composition became 3.5. The pH of Comparative Example 2 was 6.
【００５５】[0055]
【表１】 [Table 1]
【００５６】＜研磨試験＞研磨は、片面CMP用研磨機を
用いて行った。研磨機の定盤には、ポリウレタン製の積
層研磨パッド（ロデール社（米国）製IC-1000/Suba40
0）を貼り付け、加工圧力２psi（約140g/cm2）、定盤回
転数70rpm、研磨用組成物の供給量200cc/分、キャリア
回転数70rpmとした。<Polishing Test> Polishing was performed using a polishing machine for single-sided CMP. The surface plate of the polishing machine has a polyurethane laminated polishing pad (Rodale (USA) IC-1000 / Suba40)
0) was applied, the working pressure was 2 psi (about 140 g / cm 2 ), the rotation speed of the platen was 70 rpm, the supply amount of the polishing composition was 200 cc / min, and the rotation speed of the carrier was 70 rpm.
【００５７】研磨速度算出のため、被研磨物として、電
解メッキ法で銅からなる層を成膜した銅ブランケットウ
ェーファー、スパッタリング法で金属タンタルからなる
層を成膜したタンタルブランケットウェーファー、およ
びCVD法による酸化ケイ素膜（いわゆるTEOS膜）を成膜
したTEOSブランケットウェーファーを用いた。これらの
被研磨物を研磨用組成物を用いて１分間研磨し、研磨前
と研磨後の膜厚差から研磨速度を算出した。In order to calculate the polishing rate, a copper blanket wafer having a copper layer formed by electrolytic plating, a tantalum blanket wafer having a metal tantalum layer formed by sputtering, and CVD A TEOS blanket wafer on which a silicon oxide film (a so-called TEOS film) was formed by a method was used. These objects to be polished were polished for one minute using the polishing composition, and the polishing rate was calculated from the difference in film thickness before and after polishing.
【００５８】また、パターンウェーファーとしては、SE
MATECH社製の854パターンウェーファーを用いた。研磨
の終了は、除去すべき銅からなる層が除去された時点と
した。研磨後、電子顕微鏡で微細配線部（0.25μｍ孤立
配線）の銅表面のピットの発生状況を、下記基準に従っ
て評価した。 ◎：ピットの発生が全くない。 ○：１つの配線に１〜２個のピットが発生している。た
だし、パフォーマンスには影響のないレベルである。 ×：多数のピットが発生し、実用に耐えない。 表１は、この基準に基づいて各研磨用組成物を評価した
結果が示されている。As a pattern wafer, SE is used.
A 854 pattern wafer manufactured by MATECH was used. Polishing was terminated when the copper layer to be removed was removed. After polishing, the occurrence of pits on the copper surface of the fine wiring portion (0.25 μm isolated wiring) was evaluated by an electron microscope according to the following criteria. ：: No pits were generated. ○: One or two pits are generated in one wiring. However, this is a level that does not affect performance. X: Many pits are generated, which is not practical. Table 1 shows the results of evaluating each polishing composition based on this criterion.
【００５９】実施例１〜５の結果から、コロイダルシリ
カの濃度が増加すると銅からなる層およびタンタル含有
化合物からなる層に対する研磨速度が増加する傾向があ
ることがわかる。From the results of Examples 1 to 5, it is understood that as the concentration of the colloidal silica increases, the polishing rate for the copper layer and the tantalum-containing compound tends to increase.
【００６０】また、遊離基捕捉剤、研磨促進剤、および
防食剤の添加量を変化させても、本発明の効果が発現し
ていることがわかる。さらに、遊離基捕捉剤の種類を変
えても本発明の効果が発現した。It can also be seen that the effects of the present invention are exhibited even when the amounts of the free radical scavenger, the polishing accelerator, and the anticorrosive are changed. Furthermore, the effect of the present invention was exhibited even when the type of the free radical scavenger was changed.
【００６１】実施例１９〜２２ 表２に示されるとおりの、過酸化水素を含有する研磨用
組成物を準備した。これは、２段階研磨の２段目の研磨
に用いる研磨用組成物の例である。過酸化水素水は市販
の31％水溶液を使用した。ただし、表中の含有量は過酸
化水素の実質重量をもとにしたものである。過酸化水素
以外の成分は、実施例３と同様とした。 Examples 19 to 22 As shown in Table 2, polishing compositions containing hydrogen peroxide were prepared. This is an example of the polishing composition used for the second-stage polishing of the two-stage polishing. As the hydrogen peroxide solution, a commercially available 31% aqueous solution was used. However, the contents in the table are based on the actual weight of hydrogen peroxide. Components other than hydrogen peroxide were the same as in Example 3.
【００６２】研磨試験は実施例１〜１８と同様に実施し
た。The polishing test was performed in the same manner as in Examples 1 to 18.
【００６３】 表２ 過酸化水素 銅研磨速度 タンタル研磨速度 TEOS研磨速度 ピット (g/l) （Å/分） （Å/分） （Å/分） 実施例３ 0 60 500 11 ◎ 19 2.5 100 500 15 ◎ 20 5 120 510 15 ◎ 21 10 150 520 17 ◎ 22 15 160 520 18 ◎ Table 2 Hydrogen peroxide Copper polishing rate Tantalum polishing rate TEOS polishing rate Pits (g / l) (Å / min) (Å / min) (Å / min) Example 3 0 60 500 11 ◎ 19 2.5 100 500 15 ◎ 20 5 120 510 15 ◎ 21 10 150 520 17 ◎ 22 15 160 520 18 ◎
【００６４】表２に示された結果から、過酸化水素を添
加することにより、銅からなる層に対する研磨速度のみ
が増加し、タンタル含有化合物からなる層、TEOS膜に対
する研磨速度はほとんど変化しなかった。この結果よ
り、２段階研磨における１段目の研磨工程において、銅
からなる層を残している場合に、本発明による研磨用組
成物は優れた研磨速度を示し、かつ優れた研磨表面を与
えることがわかる。From the results shown in Table 2, by adding hydrogen peroxide, only the polishing rate for the layer made of copper was increased, and the polishing rate for the layer made of the tantalum-containing compound and the TEOS film was hardly changed. Was. From these results, when the copper layer is left in the first polishing step in the two-step polishing, the polishing composition according to the present invention shows an excellent polishing rate and gives an excellent polished surface. I understand.
【００６５】実施例２３〜２６ 表３に示されるとおりの、研磨材の粒径がそれぞれ５、
10、20、または30nmである研磨用組成物を準備した。研
磨材以外の成分は実施例３と同様とした。 Examples 23 to 26 As shown in Table 3, the abrasive had a particle size of 5,
Polishing compositions of 10, 20, or 30 nm were prepared. Components other than the abrasive were the same as in Example 3.
【００６６】研磨試験は実施例１〜１８と同様に実施し
た。The polishing test was performed in the same manner as in Examples 1 to 18.
【００６７】 表３ 研磨材粒径 銅研磨速度 タンタル研磨速度 TEOS研磨速度 ピット (μｍ) （Å/分） （Å/分） （Å/分） 実施例３ 13 60 500 11 ◎ 23 5 30 600 3 ◎ 24 10 50 550 10 ◎ 25 20 60 520 25 ◎ 26 30 70 520 50 ◎ Table 3 Abrasive Particle Size Copper Polishing Rate Tantalum Polishing Rate TEOS Polishing Rate Pits (μm) (Å / min) (Å / min) (Å / min) Example 3 13 60 500 11 ◎ 23 5 30 600 3 ◎ 24 10 50 550 10 ◎ 25 20 60 520 25 ◎ 26 30 70 520 50 ◎
【００６８】表３に示された結果から、粒子径を増加さ
せることにより、銅からなる層に対する研磨速度、およ
びタンタル含有化合物からなる層に対する研磨速度は顕
著な変化を示さないが、TEOS膜に対する研磨速度は大き
くなる傾向があるが、いずれの粒径でも本願発明の効果
が発現することがわかった。From the results shown in Table 3, it can be seen that the polishing rate for the layer made of copper and the polishing rate for the layer made of the tantalum-containing compound do not show a remarkable change by increasing the particle diameter. Although the polishing rate tends to increase, it was found that the effect of the present invention is exhibited at any particle size.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北 村 忠 浩 愛知県西春日井郡西枇杷島町地領二丁目１ 番地の１ 株式会社フジミインコーポレー テッド内 (72)発明者 大 野 晃 司 愛知県西春日井郡西枇杷島町地領二丁目１ 番地の１ 株式会社フジミインコーポレー テッド内 (72)発明者 酒 井 謙 児 愛知県西春日井郡西枇杷島町地領二丁目１ 番地の１ 株式会社フジミインコーポレー テッド内 (72)発明者 伊 奈 克 芳 愛知県西春日井郡西枇杷島町地領二丁目１ 番地の１ 株式会社フジミインコーポレー テッド内 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 DA02 DA12 DA17 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Tadahiro Kitamura 2-1-1, Nishibiwajima-cho, Nishi-Kasugai-gun, Aichi Prefecture Fujimi Incorporated, Inc. (72) Inventor Akira Ohno Nishi-Kasugai, Aichi Prefecture 1-2-1 Fujimi Incorporated, Nishi-Biwajima-cho, Gunni (72) Inventor Kenji Sakai 2-1-1, Nishi-Biwajima-cho, Nishikasawa-gun, Nishi-Kasugai-gun, Aichi Prefecture 1 Fujimi Incorporated, Inc. (72) Inventor Katsuyoshi Ina 2-1-1, Nishibiwajima-cho, Nishi-Kasugai-gun, Aichi Prefecture F term in Fujimi Incorporated Co., Ltd. 3C058 AA07 DA02 DA12 DA17
Claims (8)
徴とする研磨用組成物。 （ａ）二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウ
ム、酸化ジルコニウム、および酸化チタンからなる群か
ら選ばれる、少なくとも１種類の研磨材、（ｂ）遊離基
捕捉剤（ｃ）塩酸、硝酸、硫酸、リン酸、酢酸、シュウ
酸、マロン酸、コハク酸、リンゴ酸、クエン酸、および
マレイン酸からなる群から選ばれる、少なくとも１種類
のタンタル含有化合物研磨促進剤、（ｄ）ベンゾトリア
ゾール、ベンゾイミダゾール、トリアゾール、イミダゾ
ール、およびトリルトリアゾールからなる群から選ばれ
る、少なくとも１種類の防食剤、（ｅ）アンモニア、エ
チレンジアミン、水酸化テトラメチルアンモニウム、水
酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化カリウム、水酸
化ナトリウム、ピペラジン、ピペリジン、およびエタノ
ールアミンからなる群から選ばれる、少なくとも１種類
の塩基性化合物、ならびに（ｆ）水。1. A polishing composition comprising the following (a) to (f). (A) at least one abrasive selected from the group consisting of silicon dioxide, aluminum oxide, cerium oxide, zirconium oxide, and titanium oxide; (b) free radical scavenger (c) hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid At least one kind of tantalum-containing compound polishing accelerator selected from the group consisting of acetic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, malic acid, citric acid and maleic acid, (d) benzotriazole, benzimidazole, triazole, At least one anticorrosive selected from the group consisting of imidazole and tolyltriazole, (e) ammonia, ethylenediamine, tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, potassium hydroxide, sodium hydroxide, piperazine, piperidine, and Consists of ethanolamine Selected from at least one basic compound, and (f) water.
ニトロソピペリジンである、請求項１に記載の研磨用組
成物。2. The polishing composition according to claim 1, wherein the free radical scavenger is hydroquinone or nitrosopiperidine.
る、請求項１または２に記載の研磨用組成物。3. The polishing composition according to claim 1, wherein the anticorrosive is benzotriazole.
〜３のいずれか１項に記載の研磨用組成物。4. The method of claim 1, further comprising hydrogen peroxide.
The polishing composition according to any one of Items 1 to 3.
具備してなる半導体デバイスの、タンタル含有化合物か
らなる層の表面を、請求項１〜４のいずれかに記載の研
磨用組成物を用いて研磨することを特徴とする研磨方
法。5. The polishing composition according to claim 1, wherein a surface of the layer made of the tantalum-containing compound of a semiconductor device having a layer made of a tantalum-containing compound on a substrate is coated. A polishing method characterized by using and polishing.
タンタル含有化合物からなる層および銅からなる層を具
備してなる半導体デバイスを、１段目の研磨工程として
タンタル含有化合物からなる層に対する研磨速度に対し
て、銅からなる層に対する研磨速度が選択的に高い研磨
用組成物を用いて銅からなる層を研磨し、２段目の研磨
工程として請求項１〜４のいずれか１項に記載の研磨用
組成物を用いて、タンタル含有化合物からなる層を研磨
することを特徴とする研磨方法。6. On a substrate, in order from the substrate to the surface,
In a semiconductor device having a layer made of a tantalum-containing compound and a layer made of copper, a polishing rate for a layer made of copper is selectively selected with respect to a polishing rate for a layer made of a tantalum-containing compound as a first polishing step. A layer made of copper is polished by using a highly polishing composition, and a tantalum-containing compound is formed by using the polishing composition according to any one of claims 1 to 4 as a second polishing step. A polishing method characterized by polishing a layer.
的に完全に除去されており、２段目の研磨工程における
研磨用組成物が過酸化水素を含まない、請求項６に記載
の研磨方法。7. The method according to claim 6, wherein after the first polishing step, the copper layer is substantially completely removed, and the polishing composition in the second polishing step does not contain hydrogen peroxide. 3. The polishing method according to 1.
的に完全に除去されておらず、２段目の研磨工程におい
て請求項４に記載の研磨用組成物を用いる、請求項６に
記載の研磨方法。8. The polishing composition according to claim 4, wherein the copper layer has not been substantially completely removed after the first polishing step, and the polishing composition according to claim 4 is used in the second polishing step. Item 7. The polishing method according to Item 6.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001119557A JP4637398B2 (en) | 2001-04-18 | 2001-04-18 | Polishing composition and polishing method using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001119557A JP4637398B2 (en) | 2001-04-18 | 2001-04-18 | Polishing composition and polishing method using the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002313758A true JP2002313758A (en) | 2002-10-25 |
| JP4637398B2 JP4637398B2 (en) | 2011-02-23 |
Family
ID=18969757
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001119557A Expired - Fee Related JP4637398B2 (en) | 2001-04-18 | 2001-04-18 | Polishing composition and polishing method using the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4637398B2 (en) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005101545A (en) * | 2003-08-05 | 2005-04-14 | Rohm & Haas Electronic Materials Cmp Holdings Inc | Composition for polishing semiconductor layer |
| JP2005123577A (en) * | 2003-08-05 | 2005-05-12 | Rohm & Haas Electronic Materials Cmp Holdings Inc | Chemical mechanical planarization composite for reducing erosion in semiconductor wafer |
| JP2005129951A (en) * | 2003-10-22 | 2005-05-19 | Rohm & Haas Electronic Materials Cmp Holdings Inc | Method for second process polishing in copper cmp using polishing fluid not containing oxidant |
| EP1640424A1 (en) * | 2004-09-17 | 2006-03-29 | Fujimi Incorporated | Polishing composition and process for producing wiring structure using it |
| JP2006517741A (en) * | 2003-01-23 | 2006-07-27 | ローム アンド ハース エレクトロニック マテリアルズ シーエムピー ホウルディングス インコーポレイテッド | Selective barrier metal polishing solution |
| WO2007015551A1 (en) * | 2005-08-04 | 2007-02-08 | Asahi Glass Company, Limited | Polishing composition and polishing method |
| WO2008117592A1 (en) * | 2007-03-26 | 2008-10-02 | Jsr Corporation | Aqueous dispersion for chemical mechanical polishing and chemical mechanical polishing method for semiconductor device |
| JP2009510723A (en) * | 2005-09-26 | 2009-03-12 | キャボット マイクロエレクトロニクス コーポレイション | Compositions and methods for tantalum CMP |
| JP2011126010A (en) * | 2003-02-11 | 2011-06-30 | Cabot Microelectronics Corp | Mixed-abrasive polishing composition and method for using the same |
| CN114525512A (en) * | 2022-01-25 | 2022-05-24 | 深圳市拍档科技有限公司 | Recyclable titanium alloy mirror polishing solution and preparation method thereof |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001089747A (en) * | 1999-09-20 | 2001-04-03 | Fujimi Inc | Composition for polishing and method of polishing |
| JP2001160139A (en) * | 1999-10-29 | 2001-06-12 | Canon Inc | Method and device for image processing |
| JP2002164310A (en) * | 2000-11-24 | 2002-06-07 | Nec Corp | Slurry for chemical-mechanical polishing |
| JP2003516626A (en) * | 1999-12-07 | 2003-05-13 | キャボット マイクロエレクトロニクス コーポレイション | Chemical mechanical polishing method |
| JP2004511916A (en) * | 2000-10-19 | 2004-04-15 | フェロー コーポレイション | Slurry for chemical mechanical polishing of copper damascene structure |
-
2001
- 2001-04-18 JP JP2001119557A patent/JP4637398B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001089747A (en) * | 1999-09-20 | 2001-04-03 | Fujimi Inc | Composition for polishing and method of polishing |
| JP2001160139A (en) * | 1999-10-29 | 2001-06-12 | Canon Inc | Method and device for image processing |
| JP2003516626A (en) * | 1999-12-07 | 2003-05-13 | キャボット マイクロエレクトロニクス コーポレイション | Chemical mechanical polishing method |
| JP2004511916A (en) * | 2000-10-19 | 2004-04-15 | フェロー コーポレイション | Slurry for chemical mechanical polishing of copper damascene structure |
| JP2002164310A (en) * | 2000-11-24 | 2002-06-07 | Nec Corp | Slurry for chemical-mechanical polishing |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006517741A (en) * | 2003-01-23 | 2006-07-27 | ローム アンド ハース エレクトロニック マテリアルズ シーエムピー ホウルディングス インコーポレイテッド | Selective barrier metal polishing solution |
| US7981316B2 (en) | 2003-01-23 | 2011-07-19 | Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. | Selective barrier metal polishing method |
| JP2011126010A (en) * | 2003-02-11 | 2011-06-30 | Cabot Microelectronics Corp | Mixed-abrasive polishing composition and method for using the same |
| JP4681261B2 (en) * | 2003-08-05 | 2011-05-11 | ローム アンド ハース エレクトロニック マテリアルズ シーエムピー ホウルディングス インコーポレイテッド | Composition for polishing a semiconductor layer |
| JP2005123577A (en) * | 2003-08-05 | 2005-05-12 | Rohm & Haas Electronic Materials Cmp Holdings Inc | Chemical mechanical planarization composite for reducing erosion in semiconductor wafer |
| JP2005101545A (en) * | 2003-08-05 | 2005-04-14 | Rohm & Haas Electronic Materials Cmp Holdings Inc | Composition for polishing semiconductor layer |
| JP2005129951A (en) * | 2003-10-22 | 2005-05-19 | Rohm & Haas Electronic Materials Cmp Holdings Inc | Method for second process polishing in copper cmp using polishing fluid not containing oxidant |
| EP1640424A1 (en) * | 2004-09-17 | 2006-03-29 | Fujimi Incorporated | Polishing composition and process for producing wiring structure using it |
| JPWO2007015551A1 (en) * | 2005-08-04 | 2009-02-19 | 旭硝子株式会社 | Abrasive composition and polishing method |
| WO2007015551A1 (en) * | 2005-08-04 | 2007-02-08 | Asahi Glass Company, Limited | Polishing composition and polishing method |
| JP2009510723A (en) * | 2005-09-26 | 2009-03-12 | キャボット マイクロエレクトロニクス コーポレイション | Compositions and methods for tantalum CMP |
| WO2008117592A1 (en) * | 2007-03-26 | 2008-10-02 | Jsr Corporation | Aqueous dispersion for chemical mechanical polishing and chemical mechanical polishing method for semiconductor device |
| US8349207B2 (en) | 2007-03-26 | 2013-01-08 | Jsr Corporation | Aqueous dispersion for chemical mechanical polishing and chemical mechanical polishing method for semiconductor device |
| JP5403262B2 (en) * | 2007-03-26 | 2014-01-29 | Ｊｓｒ株式会社 | Aqueous dispersion for chemical mechanical polishing and chemical mechanical polishing method for semiconductor device |
| CN114525512A (en) * | 2022-01-25 | 2022-05-24 | 深圳市拍档科技有限公司 | Recyclable titanium alloy mirror polishing solution and preparation method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4637398B2 (en) | 2011-02-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1152046B1 (en) | Polishing composition and polishing method employing it | |
| US6440186B1 (en) | Polishing composition and polishing method employing it | |
| JP4075985B2 (en) | Polishing composition and polishing method using the same | |
| EP1229093B1 (en) | Polishing composition and polishing method employing it | |
| JP4261058B2 (en) | Chemical mechanical polishing slurry useful for copper / tantalum substrates | |
| JP2002164307A (en) | Composition for polishing, and polishing method using the composition | |
| JP2000160139A (en) | Grinding composition and grinding method using the same | |
| US20080274620A1 (en) | Chemical mechanical polishing agent kit and chemical mechanical polishing method using the same | |
| JP2001089747A (en) | Composition for polishing and method of polishing | |
| JP2002519471A5 (en) | ||
| CN1301288A (en) | Chemical mechanical polishing slurry useful for copper substrates | |
| TWI664280B (en) | Elevated temperature cmp compositions and methods for use thereof | |
| JP4649871B2 (en) | Chemical mechanical polishing method using chemical mechanical polishing kit | |
| JP4637398B2 (en) | Polishing composition and polishing method using the same | |
| JP4707864B2 (en) | Polishing composition and polishing method using the same | |
| JP2003286477A (en) | Polishing composition and polishing method | |
| JP2002047483A (en) | Polishing composition and polishing method using the same | |
| JP2000129243A (en) | Polishing composition | |
| KR100738842B1 (en) | Polishing composition and polishing method employing it | |
| JP2003336039A (en) | Abrasive composition | |
| JP2003197572A (en) | Composition for polishing | |
| JP2003100676A (en) | Abrasive composition | |
| JP2004175904A (en) | Polishing composition | |
| JP2004175903A (en) | Polishing composition | |
| JP2003100677A (en) | Abrasive composition |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080318 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20101018 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20101026 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20101124 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131203 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |