JP2013165088A - Polishing agent and polishing method - Google Patents
Polishing agent and polishing method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013165088A JP2013165088A JP2010128116A JP2010128116A JP2013165088A JP 2013165088 A JP2013165088 A JP 2013165088A JP 2010128116 A JP2010128116 A JP 2010128116A JP 2010128116 A JP2010128116 A JP 2010128116A JP 2013165088 A JP2013165088 A JP 2013165088A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- polishing
- abrasive
- layer
- agent
- insulating layer
- 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.)
- Withdrawn
Links
- 238000005498 polishing Methods 0.000 title claims abstract description 285
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 74
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 22
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 claims abstract description 21
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 19
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 15
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims abstract description 11
- 125000001183 hydrocarbyl group Chemical group 0.000 claims abstract description 10
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 10
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 claims abstract description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 68
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 68
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 64
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 59
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 34
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- 239000006061 abrasive grain Substances 0.000 claims description 31
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 31
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 30
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 28
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims description 17
- -1 polyoxyethylene laurylamine Polymers 0.000 claims description 9
- 239000008119 colloidal silica Substances 0.000 claims description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 7
- 239000006174 pH buffer Substances 0.000 claims description 7
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 6
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- JRBPAEWTRLWTQC-UHFFFAOYSA-N dodecylamine Chemical compound CCCCCCCCCCCCN JRBPAEWTRLWTQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 claims description 4
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L hydroxy(oxo)manganese;manganese Chemical compound [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- IOQPZZOEVPZRBK-UHFFFAOYSA-N octan-1-amine Chemical compound CCCCCCCCN IOQPZZOEVPZRBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000003482 tantalum compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910001362 Ta alloys Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 125000002843 carboxylic acid group Chemical group 0.000 claims description 3
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 3
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 125000003545 alkoxy group Chemical group 0.000 claims description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 125000000547 substituted alkyl group Chemical group 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 323
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 31
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 22
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 21
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 19
- 150000007514 bases Chemical class 0.000 description 17
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 12
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 12
- QRUDEWIWKLJBPS-UHFFFAOYSA-N benzotriazole Chemical compound C1=CC=C2N[N][N]C2=C1 QRUDEWIWKLJBPS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 11
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 9
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 description 9
- 239000011163 secondary particle Substances 0.000 description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 7
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 7
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 6
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 6
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 6
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 5
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 5
- YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 4-Butyrolactone Chemical compound O=C1CCCO1 YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- WQYVRQLZKVEZGA-UHFFFAOYSA-N hypochlorite Chemical compound Cl[O-] WQYVRQLZKVEZGA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000006179 pH buffering agent Substances 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N Propylene glycol Chemical compound CC(O)CO DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 125000001165 hydrophobic group Chemical group 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 3
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 125000000467 secondary amino group Chemical class [H]N([*:1])[*:2] 0.000 description 3
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 125000001302 tertiary amino group Chemical group 0.000 description 3
- CMGDVUCDZOBDNL-UHFFFAOYSA-N 4-methyl-2h-benzotriazole Chemical compound CC1=CC=CC2=NNN=C12 CMGDVUCDZOBDNL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- WNLRTRBMVRJNCN-UHFFFAOYSA-N adipic acid Chemical compound OC(=O)CCCCC(O)=O WNLRTRBMVRJNCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 2
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012964 benzotriazole Substances 0.000 description 2
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000001879 gelation Methods 0.000 description 2
- YMAWOPBAYDPSLA-UHFFFAOYSA-N glycylglycine Chemical compound [NH3+]CC(=O)NCC([O-])=O YMAWOPBAYDPSLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 2
- ICIWUVCWSCSTAQ-UHFFFAOYSA-M iodate Chemical compound [O-]I(=O)=O ICIWUVCWSCSTAQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-M perchlorate Inorganic materials [O-]Cl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N perchloric acid Chemical compound OCl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KHIWWQKSHDUIBK-UHFFFAOYSA-N periodic acid Chemical compound OI(=O)(=O)=O KHIWWQKSHDUIBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L peroxydisulfate Chemical compound [O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 125000005342 perphosphate group Chemical group 0.000 description 2
- XNGIFLGASWRNHJ-UHFFFAOYSA-N phthalic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC=C1C(O)=O XNGIFLGASWRNHJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 150000003138 primary alcohols Chemical class 0.000 description 2
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 238000007790 scraping Methods 0.000 description 2
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- MWNQXXOSWHCCOZ-UHFFFAOYSA-L sodium;oxido carbonate Chemical compound [Na+].[O-]OC([O-])=O MWNQXXOSWHCCOZ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- JOLQKTGDSGKSKJ-UHFFFAOYSA-N 1-ethoxypropan-2-ol Chemical compound CCOCC(C)O JOLQKTGDSGKSKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ARXJGSRGQADJSQ-UHFFFAOYSA-N 1-methoxypropan-2-ol Chemical compound COCC(C)O ARXJGSRGQADJSQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LJDSTRZHPWMDPG-UHFFFAOYSA-N 2-(butylamino)ethanol Chemical compound CCCCNCCO LJDSTRZHPWMDPG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 2-Aminoethan-1-ol Chemical compound NCCO HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GVNHOISKXMSMPX-UHFFFAOYSA-N 2-[butyl(2-hydroxyethyl)amino]ethanol Chemical compound CCCCN(CCO)CCO GVNHOISKXMSMPX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 4-[4-(4-methoxyphenyl)piperazin-1-yl]aniline Chemical compound C1=CC(OC)=CC=C1N1CCN(C=2C=CC(N)=CC=2)CC1 VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 108090000461 Aurora Kinase A Proteins 0.000 description 1
- 102100032311 Aurora kinase A Human genes 0.000 description 1
- 238000004438 BET method Methods 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 244000132059 Carica parviflora Species 0.000 description 1
- 235000014653 Carica parviflora Nutrition 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000005749 Copper compound Substances 0.000 description 1
- FEWJPZIEWOKRBE-JCYAYHJZSA-N Dextrotartaric acid Chemical compound OC(=O)[C@H](O)[C@@H](O)C(O)=O FEWJPZIEWOKRBE-JCYAYHJZSA-N 0.000 description 1
- 108010008488 Glycylglycine Proteins 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 1
- 229910018557 Si O Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 description 1
- KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-N Succinic acid Natural products OC(=O)CCC(O)=O KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYSA-N Tartaric acid Natural products [H+].[H+].[O-]C(=O)C(O)C(O)C([O-])=O FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910008482 TiSiN Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 239000001361 adipic acid Substances 0.000 description 1
- 235000011037 adipic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 150000005215 alkyl ethers Chemical class 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000908 ammonium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 description 1
- 230000002744 anti-aggregatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 1
- KDYFGRWQOYBRFD-NUQCWPJISA-N butanedioic acid Chemical group O[14C](=O)CC[14C](O)=O KDYFGRWQOYBRFD-NUQCWPJISA-N 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N carbonic acid Chemical compound OC(O)=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000002738 chelating agent Substances 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 150000001880 copper compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000000994 depressogenic effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000002296 dynamic light scattering Methods 0.000 description 1
- 238000010828 elution Methods 0.000 description 1
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 1
- 229910021485 fumed silica Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940043257 glycylglycine Drugs 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 1
- 230000005660 hydrophilic surface Effects 0.000 description 1
- 230000005661 hydrophobic surface Effects 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- QRXWMOHMRWLFEY-UHFFFAOYSA-N isoniazide Chemical compound NNC(=O)C1=CC=NC=C1 QRXWMOHMRWLFEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004715 keto acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 125000000962 organic group Chemical group 0.000 description 1
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000001139 pH measurement Methods 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 description 1
- 229920000259 polyoxyethylene lauryl ether Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- XAEFZNCEHLXOMS-UHFFFAOYSA-M potassium benzoate Chemical compound [K+].[O-]C(=O)C1=CC=CC=C1 XAEFZNCEHLXOMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000003449 preventive effect Effects 0.000 description 1
- 150000003141 primary amines Chemical class 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N propylene Natural products CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004805 propylene group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([*:1])C([H])([H])[*:2] 0.000 description 1
- 125000001453 quaternary ammonium group Chemical group 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Inorganic materials [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005049 silicon tetrachloride Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N tantalum nitride Chemical compound [Ta]#N MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011975 tartaric acid Substances 0.000 description 1
- 235000002906 tartaric acid Nutrition 0.000 description 1
- 150000003512 tertiary amines Chemical class 0.000 description 1
- 229940073455 tetraethylammonium hydroxide Drugs 0.000 description 1
- LRGJRHZIDJQFCL-UHFFFAOYSA-M tetraethylazanium;hydroxide Chemical compound [OH-].CC[N+](CC)(CC)CC LRGJRHZIDJQFCL-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N tetramethyl orthosilicate Chemical compound CO[Si](OC)(OC)OC LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
- 239000004034 viscosity adjusting agent Substances 0.000 description 1
- 229920003169 water-soluble polymer Polymers 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
- H01L21/32115—Planarisation
- H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
- B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
- B24B37/042—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces operating processes therefor
- B24B37/044—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces operating processes therefor characterised by the composition of the lapping agent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
- C09G1/00—Polishing compositions
- C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
- C09G1/00—Polishing compositions
- C09G1/06—Other polishing compositions
- C09G1/14—Other polishing compositions based on non-waxy substances
- C09G1/18—Other polishing compositions based on non-waxy substances on other substances
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
- C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
- C09K3/1454—Abrasive powders, suspensions and pastes for polishing
- C09K3/1463—Aqueous liquid suspensions
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
Abstract
Description
本発明は、半導体集積回路装置(以下、半導体デバイスと示すことがある。)の製造工程に用いられる研磨剤、および研磨方法に関する。より詳しくは、埋め込み金属配線の形成および平坦化などに適した化学的機械的研磨用研磨剤、およびそれを用いた研磨方法に関する。 The present invention relates to an abrasive used in a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit device (hereinafter sometimes referred to as a semiconductor device) and a polishing method. More particularly, the present invention relates to an abrasive for chemical mechanical polishing suitable for forming and planarizing a buried metal wiring, and a polishing method using the same.
近年、半導体集積回路の高集積化・高機能化に伴い、微細化・高密度化のための微細加工技術の開発が求められている。半導体デバイスの製造工程、特に多層配線形成工程においては、層間絶縁膜や埋め込み配線の平坦化技術が重要である。すなわち、半導体製造プロセスの微細化・高密度化により配線が多層化するにしたがい、各層での表面の凹凸が大きくなりやすく、その段差がリソグラフィの焦点深度を越える等の問題が生じやすい。この問題を防ぐために、多層配線形成工程での高平坦化技術が重要となっている。 In recent years, with the higher integration and higher functionality of semiconductor integrated circuits, development of microfabrication techniques for miniaturization and higher density has been demanded. In a semiconductor device manufacturing process, particularly a multilayer wiring forming process, a technique for planarizing an interlayer insulating film and embedded wiring is important. That is, as the wiring becomes multi-layered due to miniaturization and high density of the semiconductor manufacturing process, the surface unevenness of each layer tends to increase, and problems such as the step exceeding the depth of focus of lithography tend to occur. In order to prevent this problem, high planarization technology in the multilayer wiring formation process is important.
配線材料としては、従来から使用されているアルミニウム合金に比べて比抵抗が低く、エレクトロマイグレーション耐性に優れることから、銅が着目されている。銅は、その塩化物ガスの蒸気圧が低く、反応性イオンエッチング法(RIE:Reactive Ion Etching)では配線形状への加工が難しいため、配線の形成にはダマシーン(Damascene)法が用いられる。これは、絶縁層に配線用の溝パターンやビア等の凹部を形成し、次にバリア層を形成した後に、溝部に埋め込むように銅をスパッタ法やメッキ法等で成膜し、その後凹部以外の絶縁層表面が露出するまで余分な銅層とバリア層を化学的機械的研磨法(CMP:Chemical Mechanical Polishing、以下CMPという。)で除去して表面を平坦化し、埋め込み金属配線を形成する方法である。近年は、このように凹部に銅が埋め込まれた銅配線とビア部とを同時に形成する、デュアルダマシーン(Dual Damascene)法が主流となっている。 As a wiring material, copper has attracted attention because of its low specific resistance and superior electromigration resistance compared to conventionally used aluminum alloys. Copper has a low vapor pressure of its chloride gas, and it is difficult to process into a wiring shape by reactive ion etching (RIE). Therefore, a damascene method is used to form wiring. This is because a groove pattern for wiring or a recess such as a via is formed in the insulating layer, and then a barrier layer is formed, and then copper is deposited by sputtering or plating so as to be embedded in the groove, and then other than the recess A method of forming a buried metal wiring by removing an excess copper layer and a barrier layer by chemical mechanical polishing (CMP) until the insulating layer surface is exposed and planarizing the surface. It is. In recent years, a dual damascene method in which a copper wiring in which copper is embedded in a concave portion and a via portion is formed at the same time has become the mainstream.
このような銅埋め込み配線の形成においては、絶縁層中への銅の拡散防止のために、タンタル、タンタル合金または窒化タンタル等のタンタル化合物からなるバリア層が形成される。そのため、銅を埋め込む配線部分以外では、露出したバリア層をCMPにより取り除く必要がある。しかしながら、バリア層は銅に比べて非常に硬いために、十分な研磨速度が得られない場合が多い。そこで、図1に示すように、余分な金属配線層を除去する第1研磨工程と、余分なバリア層を除去する第2研磨工程とからなる2段階研磨法が提案されている。 In the formation of such a copper buried wiring, a barrier layer made of a tantalum compound such as tantalum, a tantalum alloy or tantalum nitride is formed in order to prevent diffusion of copper into the insulating layer. Therefore, it is necessary to remove the exposed barrier layer by CMP except for the wiring portion where copper is embedded. However, since the barrier layer is very hard compared to copper, a sufficient polishing rate cannot often be obtained. Therefore, as shown in FIG. 1, a two-step polishing method has been proposed which includes a first polishing step for removing an excess metal wiring layer and a second polishing step for removing an excess barrier layer.
図1は、埋め込み配線をCMPにより形成する方法を示す断面図である。図1(a)は研磨前、図1(b)は余分な金属配線層を除去する第1研磨工程の終了後、図1(c)は余分なバリア層を除去する第2研磨工程の途中、図1(d)は第2研磨工程終了後の状態をそれぞれ示す。絶縁層に低誘電率材料を用いる場合には、絶縁層とバリア層との間に、二酸化ケイ素等の絶縁材料からなるキャップ層を形成する場合もある。図1(a)〜図1(d)は、キャップ層のある場合を例示したものである。絶縁層が低誘電率材料からなる層でない場合には、キャップ層は設けなくてもよい。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a method of forming a buried wiring by CMP. FIG. 1 (a) is before polishing, FIG. 1 (b) is after the first polishing step for removing the excess metal wiring layer, and FIG. 1 (c) is in the middle of the second polishing step for removing the excess barrier layer. FIG. 1 (d) shows the state after the second polishing step. When a low dielectric constant material is used for the insulating layer, a cap layer made of an insulating material such as silicon dioxide may be formed between the insulating layer and the barrier layer. Fig.1 (a)-FIG.1 (d) illustrate the case where a cap layer exists. When the insulating layer is not a layer made of a low dielectric constant material, the cap layer may not be provided.
埋め込み配線の形成では、まず図1(a)に示すように、基板1上の絶縁層2に埋め込み配線を形成するための溝を形成する。次いで、溝が形成された絶縁層2の上に、キャップ層3、バリア層4および金属配線層5を順に形成した後、第1研磨工程で、金属配線層5の余分な部分を除去する。次に第2研磨工程で、バリア層4の余分な部分を除去する。通常、第1研磨工程終了後は、図1(b)に示すように、ディッシング6と呼ばれる金属配線層5の目減りが生じる。したがって、第2研磨工程では、図1(c)に示すように、バリア層4の余分な部分を完全に除去し、さらにキャップ層3を除去するとともに、図1(d)に示すように、必要ならば絶縁層2を削り込んで金属配線層5と同一の高さ(面一)に揃え、高度な平坦化を達成することが必要となる。こうして銅の埋め込み配線7が形成される。
In forming the buried wiring, first, as shown in FIG. 1A, a groove for forming the buried wiring is formed in the
なお、キャップ層3は必ずしも全て除去する必要はないが、絶縁層2に比べて誘電率の高いキャップ層3を残すことは全体の誘電率の上昇につながるため、研磨・除去した方がデバイスの特性が良好となる。図1(d)では、キャップ層3を完全に除去して平坦化した状態を示している。
It is not always necessary to remove the cap layer 3, but leaving the cap layer 3 having a higher dielectric constant than that of the
このような平坦化において、従来の研磨剤を用いたCMPでは、銅の埋め込み(金属配線層5)のディッシングやエロージョンが大きくなるという問題があった。ここでディッシングとは、図1(c)および図2において符号6で示すように、金属配線層5が過剰に研磨されて中央部が窪んだ状態をいい、幅の広い配線部で発生しやすい。エロージョンとは、細い配線部や密集した配線部で発生しやすいもので、図2において符号8で示すように、配線パターンのない絶縁層部分(Global部)9に比べて、配線部の絶縁層2が過剰に研磨され、絶縁層2が部分的に薄くなる現象をいう。すなわち、Global部9の研磨部分10よりもさらに研磨されたエロージョン8部分が生じる。なお、図2においては、キャップ層3およびバリア層4は図示を省略している。
In such planarization, conventional CMP using a polishing agent has a problem that dishing and erosion of copper embedding (metal wiring layer 5) increase. Here, dishing refers to a state in which the metal wiring layer 5 is excessively polished and the central portion is depressed as indicated by reference numeral 6 in FIG. 1C and FIG. 2, and is likely to occur in a wide wiring portion. . Erosion is likely to occur in thin wiring portions or dense wiring portions. As shown by
従来の研磨剤を用いた場合は、バリア層4の研磨速度が金属配線層5の研磨速度より小さいため、バリア層4を研磨・除去する間に配線部の銅が過剰に研磨されて大きなディッシング6が生じていた。また、高密度配線部のバリア層4やその下の絶縁層2に加わる研磨圧力が、配線密度の低い部分に比べて高くなるため、第2研磨工程での研磨の進行度合いが配線密度により大きく異なる。その結果、高密度配線部の絶縁層2が過剰に研磨されて、大きなエロージョン8が生じていた。ディッシング6やエロージョン8が発生すると、配線抵抗の増加やエレクトロマイグレーションが起こりやすくなり、デバイスの信頼性を低下させるという問題があった。
When the conventional polishing agent is used, the polishing rate of the barrier layer 4 is lower than the polishing rate of the metal wiring layer 5, so that the copper in the wiring part is excessively polished while the barrier layer 4 is polished and removed, resulting in large dishing. 6 had occurred. In addition, since the polishing pressure applied to the barrier layer 4 and the
バリア層4として用いられるタンタルやタンタル化合物は、化学的にエッチングすることが難しく、また銅に比べて硬度が高いため、機械的にも研磨による除去が容易ではない。バリア層4の研磨速度を上げるために、砥粒の硬度を高くすると、硬度がより低い銅配線にスクラッチが発生して電気的不良などの問題が発生しやすい。また、研磨剤中の砥粒の濃度(含有割合)を高めると、研磨剤中での砥粒の分散状態を維持することが困難になり、経時的に沈降やゲル化が生じるなどの問題が発生しやすい。 Tantalum and tantalum compounds used as the barrier layer 4 are difficult to chemically etch and have a hardness higher than that of copper, so that removal by mechanical polishing is not easy. If the hardness of the abrasive grains is increased in order to increase the polishing rate of the barrier layer 4, scratches are generated in the copper wiring having a lower hardness, and problems such as electrical defects are likely to occur. Further, when the concentration (content ratio) of abrasive grains in the abrasive is increased, it becomes difficult to maintain the dispersed state of the abrasive grains in the abrasive, resulting in problems such as sedimentation and gelation over time. Likely to happen.
また、CMPにおいては、研磨中の銅の腐食を防止する必要がある。銅および銅合金に対する腐食抑制剤の中でも、最も効果的で広く利用されているものとして、ベンゾトリアゾール(以下、BTAという。)およびその誘導体が知られている(例えば、非特許文献1参照。)。BTAは、銅および銅合金表面に緻密な皮膜を形成し、酸化還元反応を抑制してエッチングを防止するものであり、銅配線部のディッシングを防止するための添加物として有効であることが知られている(例えば、特許文献1参照。)。しかし、BTAの添加量を増やすだけで対処すると、銅の研磨速度が低下し、研磨時間が長時間になるため、ディッシング6やエロージョン8の欠陥が増加することがあった。
In CMP, it is necessary to prevent copper corrosion during polishing. Among the most effective and widely used corrosion inhibitors for copper and copper alloys, benzotriazole (hereinafter referred to as BTA) and its derivatives are known (for example, see Non-Patent Document 1). . BTA forms a dense film on the surface of copper and copper alloys, suppresses redox reactions to prevent etching, and is known to be effective as an additive for preventing dishing of copper wiring parts. (For example, refer to Patent Document 1). However, if only the amount of addition of BTA is increased, the copper polishing rate decreases and the polishing time becomes long, so that the defects of dishing 6 and
さらに、金属配線層5のディッシング6を抑制するための保護膜形成剤として、水溶性高分子の使用も検討されてきた。すなわち、高速で銅を研磨・除去しながらバリア層4や絶縁層2の研磨を抑制することを目的とし、金属配線層5とバリア層4との研磨速度比(金属層/バリア層)が大きく、金属配線層5と絶縁層2の研磨速度比(金属層/絶縁層)も大きな研磨剤が開発されている(例えば、特許文献2参照。)。
Furthermore, the use of a water-soluble polymer as a protective film forming agent for suppressing the dishing 6 of the metal wiring layer 5 has been studied. That is, the polishing rate ratio (metal layer / barrier layer) between the metal wiring layer 5 and the barrier layer 4 is large for the purpose of suppressing polishing of the barrier layer 4 and the
しかしながら、これらの研磨剤は、いずれも銅配線層のような金属配線層5を研磨・除去する第1研磨工程に関するものであり、第2研磨工程において、キャップ層3を高速で除去し、かつ低誘電率材料からなる絶縁層2の研磨はできるだけ抑制する、という要求を満足させる研磨剤は、未だ見出されていなかった。
However, these abrasives all relate to the first polishing step for polishing and removing the metal wiring layer 5 such as the copper wiring layer, and in the second polishing step, the cap layer 3 is removed at a high speed, and An abrasive that satisfies the requirement to suppress the polishing of the insulating
以下、第2研磨工程での問題点について、絶縁層2上にバリア層4と金属配線層5とがこの順で形成されたものを研磨する場合について説明する。絶縁層2上にキャップ層3を有するものを研磨する場合の問題点は、その後説明する。
Hereinafter, the problem in the second polishing step will be described in the case where the barrier layer 4 and the metal wiring layer 5 formed on the insulating
絶縁層2上にバリア層4と金属配線層5とが順に形成された層構成においては、第2研磨工程で、バリア層4を高速で研磨し、金属配線層5は適度な研磨速度で研磨し、さらに絶縁層2を削り込みながら高度に平坦化することが要求される。
In the layer configuration in which the barrier layer 4 and the metal wiring layer 5 are sequentially formed on the
すなわち、第1研磨工程の研磨剤には、主に金属配線層5を高い研磨速度で研磨することが要求されるのに対して、第2研磨工程の研磨剤には、バリア層4を高い研磨速度で研磨し、かつ絶縁層2を金属配線層5よりも高い研磨速度で研磨することが要求されており、両者の要求特性は大きく異なる。
That is, the polishing agent for the first polishing step is mainly required to polish the metal wiring layer 5 at a high polishing rate, whereas the polishing agent for the second polishing step has a high barrier layer 4. Polishing at a polishing rate and polishing the insulating
先に述べたように、CMPにおける第2研磨工程の役割は、不要なバリア層4部分を完全に除去するとともに、第1研磨工程で生じたディッシング6を低減することである。図1において、第1研磨工程で生じたディッシング6の大きさがバリア層4の膜厚よりも薄い場合は、第2研磨工程においては、バリア層4のみを削り取ることでディッシング6を除去することができ、金属配線層5や絶縁層2の研磨を不要とすることも可能である。しかし、バリア層4の厚さは20〜40nmと薄く、かつ第1研磨工程においては高速で金属配線層5を研磨・除去するため、ディッシング6をバリア層4の膜厚よりも小さい範囲に抑えることは極めて困難である。また、第1研磨工程において、金属配線層5の研磨速度に局所的なばらつきがある場合には、面内の不要な配線金属残渣を完全に除去するためのオーバー研磨が必要となるため、ディッシング6を小さく抑えることはさらに困難となる。
As described above, the role of the second polishing step in CMP is to completely remove the unnecessary barrier layer 4 portion and reduce the dishing 6 generated in the first polishing step. In FIG. 1, when the size of the dishing 6 generated in the first polishing process is smaller than the film thickness of the barrier layer 4, the dishing 6 is removed by scraping only the barrier layer 4 in the second polishing process. It is also possible to eliminate the polishing of the metal wiring layer 5 and the insulating
したがって、第2研磨工程においては、第1研磨工程で生じた、バリア層4の膜厚よりも大きいディッシング6を修復して高度な平坦化を実現することが要求される。 Therefore, in the second polishing step, it is required to repair the dishing 6 larger than the film thickness of the barrier layer 4 generated in the first polishing step to realize high leveling.
さらに一般には、図2に示すように、細い配線や高密度配線において、配線パターンのない絶縁層部分(Global部)9に比べて、配線部の絶縁層2が過剰に研磨される結果、絶縁層2が薄くなりやすいが、近年、半導体の世代が進み配線部がより細くなるにつれて、このエロージョン8の低減が大きな課題になっていた。
More generally, as shown in FIG. 2, in a thin wiring or a high-density wiring, the insulating
キャップ層3を設ける場合には、次の問題点が存在する。近年、LSIの配線遅延を低減するために、絶縁層2に低誘電率材料が用いられているが、低誘電率材料は化学的機械的に脆弱であるため、その上に直接バリア層4を成膜することは少なく、低誘電率材料からなる絶縁層2(以下、低誘電率絶縁層ともいう。)上に、例えば二酸化ケイ素からなるキャップ層3を形成した後、バリア層4を形成することが行われている。ところが、絶縁層2を構成する低誘電率材料の比誘電率が一般に3以下であるのに対して、例えばプラズマCVD(化学的気相成長法)により成膜される二酸化ケイ素の比誘電率は4と高いため、研磨による平坦化の際にキャップ層3を残すことは、低誘電率の点からは好ましいことではない。すなわち第二研磨工程においては、キャップ層3を全て取り去ることが好ましい。
When the cap layer 3 is provided, the following problems exist. In recent years, low dielectric constant materials have been used for the insulating
しかしながら、キャップ層3を完全に除去するために研磨時間を長くとると、キャップ層3よりも脆弱な低誘電率絶縁層2が露出した段階で研磨速度が大きく増加するため、この低誘電率絶縁層2が必要以上に削られてしまうという問題があった。低誘電率絶縁層2を削りすぎた場合、この部分を平坦化するにはさらに金属配線層5を削りこまなければならず、その結果、金属配線層5の過剰研磨分が大きくなり、抵抗値が増大するという問題が生じる。キャップ層3を完全に除去した後の低誘電率絶縁層2の削りこみを避けるためには、キャップ層3の研磨速度に対して低誘電率絶縁層2の研磨速度を大幅に抑制することが必要である。しかしながら、化学的機械的にキャップ層3より脆弱な低誘電率絶縁層2の研磨速度を、キャップ層3の研磨速度よりも大幅に抑制することは、従来からの研磨剤では困難であった。
However, if the polishing time is increased to completely remove the cap layer 3, the polishing rate is greatly increased when the low dielectric constant insulating
キャップ層3を完全に除去した後の低誘電率絶縁層2の削り込みを抑制する能力を表す指標として、低誘電率絶縁層2の研磨速度とキャップ層3である二酸化ケイ素膜の研磨速度との比(以下、低誘電率絶縁層/二酸化ケイ素膜の選択比という。)で表す方法がある。この選択比の値が小さいほど、キャップ層3を完全に除去した後、低誘電率絶縁層2の削り込み量を小さくすることができる。低誘電率絶縁層/二酸化ケイ素膜の選択比をできるだけ小さくすることができる研磨剤が求められている。
As an index indicating the ability to suppress the cutting of the low dielectric constant insulating
本発明は、半導体集積回路装置の製造の際の埋め込み配線の平坦化などに好適する研磨性能に優れた研磨剤を提供することを目的とする。また、本発明は、半導体集積回路装置の製造に際して、埋め込み配線の平坦化などの研磨工程において研磨性能に優れた研磨方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an abrasive having excellent polishing performance suitable for planarization of embedded wiring during the manufacture of a semiconductor integrated circuit device. It is another object of the present invention to provide a polishing method having excellent polishing performance in a polishing process such as planarization of embedded wiring when manufacturing a semiconductor integrated circuit device.
本発明の第1の態様は、半導体集積回路装置の製造において被研磨面を化学的機械的に研磨するための研磨剤であって、砥粒と、酸化剤と、保護膜形成剤と、酸と、炭素数6〜20のアルキル基、アリール基、アリール置換アルキル基から選ばれる炭化水素基を有するアミンと、水とを含有する研磨剤を提供する。 A first aspect of the present invention is an abrasive for chemically and mechanically polishing a surface to be polished in the manufacture of a semiconductor integrated circuit device, comprising abrasive grains, an oxidizing agent, a protective film forming agent, an acid And an amine having a hydrocarbon group selected from an alkyl group having 6 to 20 carbon atoms, an aryl group, and an aryl-substituted alkyl group, and water.
本発明の第2の態様は、前記炭化水素基を有するアミンが、オクチルアミン、ドデシルアミン、ポリオキシエチレンラウリルアミンから選ばれる1種または2種以上である、第1の態様に記載の研磨剤を提供する。 The second aspect of the present invention is the abrasive according to the first aspect, wherein the amine having a hydrocarbon group is one or more selected from octylamine, dodecylamine, and polyoxyethylene laurylamine. I will provide a.
本発明の第3の態様は、研磨剤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、前記研磨剤として第1の態様または第2の態様に記載の研磨剤を使用する研磨方法を提供する。 A third aspect of the present invention is a method of supplying a polishing agent to a polishing pad, bringing a polishing target surface of a semiconductor integrated circuit device into contact with the polishing pad, and polishing by relative movement between the two, A polishing method using the abrasive according to the first aspect or the second aspect as an abrasive is provided.
本発明によれば、半導体集積回路装置の製造の際の化学的機械的研磨において、埋め込み配線の平坦化などに適する研磨性能に優れた研磨剤を得ることができる。特に、脆弱な低誘電率絶縁層の上に二酸化ケイ素膜等からなるキャップ層が形成された積層構造において、キャップ層を完全に除去して低誘電率絶縁層を露出させる場合に、高度に平坦な表面を得ることができる。また、本発明の研磨方法によれば、高平坦化された多層構造を持つ半導体集積回路装置を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain an abrasive having excellent polishing performance suitable for planarization of embedded wiring in chemical mechanical polishing in manufacturing a semiconductor integrated circuit device. Particularly in a laminated structure in which a cap layer made of a silicon dioxide film or the like is formed on a fragile low dielectric constant insulating layer, when the cap layer is completely removed to expose the low dielectric constant insulating layer, it is highly flat. A smooth surface. Moreover, according to the polishing method of the present invention, a semiconductor integrated circuit device having a highly flattened multilayer structure can be obtained.
以下に、本発明の実施の形態を、図、表、実施例等を用いて説明する。なお、これらの図、表、実施例等は本発明を例示するものであり、本発明の範囲を制限するものではない。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, tables, examples and the like. In addition, these figures, tables, examples, etc. illustrate the present invention, and do not limit the scope of the present invention. Other embodiments may belong to the category of the present invention as long as they meet the gist of the present invention.
本発明の研磨剤は、半導体集積回路装置の製造において被研磨面を化学的機械的に研磨するための研磨剤であって、砥粒と、酸化剤と、保護膜形成剤と、酸と、炭素数6〜20のアルキル基、アリール基、アリール置換アルキル基から選ばれる炭化水素基を有するアミンと、水をそれぞれ含有する。本発明に係る研磨剤はスラリーの形状を有する。 The abrasive of the present invention is an abrasive for chemically and mechanically polishing a surface to be polished in the manufacture of a semiconductor integrated circuit device, and comprises abrasive grains, an oxidizing agent, a protective film forming agent, an acid, It contains an amine having a hydrocarbon group selected from an alkyl group having 6 to 20 carbon atoms, an aryl group, and an aryl-substituted alkyl group, and water. The abrasive according to the present invention has a slurry shape.
半導体集積回路装置の製造の際の被研磨面の研磨において、本発明の研磨剤を用いることにより、埋め込まれた金属配線層を有する絶縁層の平坦な表面を得ることができる。また、凹部の優先研磨を抑制しながら凸部を優先的に研磨することにより、ディッシングやエロージョンの発生を抑制することができる。 In polishing a surface to be polished in manufacturing a semiconductor integrated circuit device, a flat surface of an insulating layer having an embedded metal wiring layer can be obtained by using the abrasive of the present invention. In addition, dishing and erosion can be suppressed by preferentially polishing the convex portion while suppressing preferential polishing of the concave portion.
具体的には、半導体集積回路装置の絶縁層上にバリア層と金属配線層とが順に形成された被研磨面を研磨する場合に、バリア層を高い研磨速度で研磨し、かつ絶縁層(キャップ層が存在する場合にはキャップ層)を金属配線層よりも高い研磨速度で研磨することができる。すなわち、前記した第2研磨工程に適した研磨性能を発揮することができる。さらに、本発明に係る研磨剤は、絶縁層上にキャップ層とバリア層と金属配線層とがこの順で形成された被研磨面を研磨する場合に、キャップ層を完全に除去した後に、その下にある絶縁層の削り込み量を最小限に抑制しながら、被研磨面を平坦化することができる。 Specifically, when a surface to be polished, in which a barrier layer and a metal wiring layer are sequentially formed on an insulating layer of a semiconductor integrated circuit device, is polished, the barrier layer is polished at a high polishing rate and the insulating layer (cap When the layer is present, the cap layer) can be polished at a higher polishing rate than the metal wiring layer. That is, the polishing performance suitable for the second polishing step described above can be exhibited. Furthermore, the polishing agent according to the present invention, when polishing the surface to be polished in which the cap layer, the barrier layer, and the metal wiring layer are formed in this order on the insulating layer, after removing the cap layer completely, The polished surface can be flattened while minimizing the amount of etching of the underlying insulating layer.
このように、本発明に係る研磨剤は、絶縁層上にキャップ層とバリア層と金属配線層とがこの順に形成された被研磨面を研磨する場合に、余剰の銅を除去する第1研磨工程の後に使用する第2研磨工程に好適に使用することができる。 As described above, the polishing agent according to the present invention removes excess copper when polishing a surface to be polished in which a cap layer, a barrier layer, and a metal wiring layer are formed in this order on an insulating layer. It can use suitably for the 2nd grinding | polishing process used after a process.
さらに、本発明の研磨剤においては、前記効果を得ることができるうえに、金属配線層のスクラッチも少なくすることができるので、信頼性が高く、電気特性に優れた埋め込み金属配線の形成が容易となる。また、高い研磨速度を実現することが可能であり、さらに砥粒の分散安定性にも優れている。 Furthermore, in the polishing agent of the present invention, the above-mentioned effects can be obtained, and scratches on the metal wiring layer can be reduced, so that it is easy to form embedded metal wiring with high reliability and excellent electrical characteristics. It becomes. In addition, a high polishing rate can be realized, and the dispersion stability of the abrasive grains is also excellent.
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。本発明では、金属配線層、バリア層、絶縁層およびキャップ層の1層以上が研磨の対象物となるので、本発明に係る「被研磨面」には、金属配線層、バリア層、絶縁層およびキャップ層の少なくともいずれかが存在することになる。 In the present invention, the “surface to be polished” means an intermediate surface that appears in the process of manufacturing a semiconductor integrated circuit device. In the present invention, since one or more of the metal wiring layer, the barrier layer, the insulating layer, and the cap layer are objects to be polished, the “surface to be polished” according to the present invention includes a metal wiring layer, a barrier layer, and an insulating layer. And / or a cap layer will be present.
また、本発明における「金属配線層」とは、面状の金属配線よりなる層を意味するが、必ずしも図1(a)のように一面に広がった層だけを指すものではなく、図1(c)や(d)のように個々の配線の集合としての層も含まれる。また、面状の金属配線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、「金属配線層」と考えることができる。以下、本発明の研磨剤の各成分について詳述する。 In addition, the “metal wiring layer” in the present invention means a layer made of planar metal wiring, but does not necessarily indicate only a layer spread over one surface as shown in FIG. Layers as a set of individual wirings are also included as in c) and (d). Further, it can be considered as a “metal wiring layer” including a portion such as a via for electrically connecting the planar metal wiring to another portion. Hereinafter, each component of the abrasive | polishing agent of this invention is explained in full detail.
本発明の研磨剤中の砥粒は、公知の砥粒の中から適宜選択することができる。具体的には、シリカ、アルミナ、酸化セリウム(セリア)、酸化ジルコニウム(ジルコニア)、酸化チタン(チタニア)、酸化スズ、酸化亜鉛および酸化マンガンから選ばれる1種以上のものの使用が好ましい。シリカとしては、公知の方法で製造されるものを使用することができる。例えば、エチルシリケート、メチルシリケート等のシリコンアルコキシドをゾルゲル法により加水分解することにより得られるコロイダルシリカを使用することができる。また、ケイ酸ナトリウムをイオン交換したコロイダルシリカや、四塩化ケイ素を酸素と水素の火炎中で気相合成したヒュームドシリカを使用することができる。 The abrasive grains in the abrasive of the present invention can be appropriately selected from known abrasive grains. Specifically, it is preferable to use one or more selected from silica, alumina, cerium oxide (ceria), zirconium oxide (zirconia), titanium oxide (titania), tin oxide, zinc oxide, and manganese oxide. As silica, those produced by a known method can be used. For example, colloidal silica obtained by hydrolyzing silicon alkoxide such as ethyl silicate and methyl silicate by a sol-gel method can be used. Further, colloidal silica obtained by ion-exchange of sodium silicate and fumed silica obtained by vapor phase synthesis of silicon tetrachloride in an oxygen and hydrogen flame can be used.
同様に、コロイダルアルミナも好ましく使用することができる。また、液相法や気相法で製造した酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛も好ましく使用することができる。これらの中でも、粒径が制御しやすく高純度品を得ることができる点から、コロイダルシリカの使用が好ましい。 Similarly, colloidal alumina can also be preferably used. Further, cerium oxide, zirconium oxide, titanium oxide, tin oxide, and zinc oxide produced by a liquid phase method or a gas phase method can also be preferably used. Among these, the use of colloidal silica is preferable because the particle size is easily controlled and a high-purity product can be obtained.
砥粒の平均一次粒径は、研磨特性と分散安定性の点から、5〜300nmの範囲にあることが必要である。5〜60nmの範囲にあることが好ましく、10〜60nmの範囲がより好ましい。また、砥粒の平均二次粒径は、8〜300nmの範囲にあることが好ましい。 The average primary particle size of the abrasive grains needs to be in the range of 5 to 300 nm from the viewpoint of polishing characteristics and dispersion stability. It is preferably in the range of 5 to 60 nm, and more preferably in the range of 10 to 60 nm. Moreover, it is preferable that the average secondary particle diameter of an abrasive grain exists in the range of 8-300 nm.
砥粒としては、会合したものを使用することが好ましい。会合の有無は電子顕微鏡で容易に確認することができる。研磨剤中の砥粒の会合比が特に1.5〜5の範囲にあることにより、バリア層の研磨速度を低下させることなく、絶縁層の研磨速度を制御することができる。ここで、砥粒の会合比は、研磨剤スラリー中の砥粒の平均二次粒径を平均一次粒径で割った値と定義される。平均一次粒径は、粒子の比表面積から等価球換算の粒径として求められる。その粒子の比表面積は、BET法として知られている窒素吸着法により測定される。平均二次粒径は、研磨剤中の平均凝集体の直径であり、例えば動的光散乱を用いた粒度分布計を用いて測定される。 As the abrasive grains, it is preferable to use those which are associated. The presence or absence of the association can be easily confirmed with an electron microscope. When the associating ratio of the abrasive grains in the abrasive is particularly in the range of 1.5 to 5, the polishing rate of the insulating layer can be controlled without reducing the polishing rate of the barrier layer. Here, the association ratio of the abrasive grains is defined as a value obtained by dividing the average secondary particle diameter of the abrasive grains in the abrasive slurry by the average primary particle diameter. The average primary particle size is determined as a particle size in terms of equivalent sphere from the specific surface area of the particles. The specific surface area of the particles is measured by a nitrogen adsorption method known as the BET method. The average secondary particle diameter is the diameter of the average aggregate in the abrasive and is measured using, for example, a particle size distribution meter using dynamic light scattering.
本発明の研磨剤中の砥粒の含有割合(濃度)は、研磨剤の全質量に対して0.1〜20質量%の範囲であり、かつ研磨速度、ウェハ面内の研磨速度の均一性、分散安定性等を考慮して適宜設定することが好ましい。研磨剤全質量の1〜15質量%の範囲がより好ましい。 The content ratio (concentration) of the abrasive grains in the abrasive of the present invention is in the range of 0.1 to 20% by mass with respect to the total mass of the abrasive, and the uniformity of the polishing rate and the polishing rate within the wafer surface. It is preferable to set appropriately considering the dispersion stability and the like. The range of 1 to 15% by mass of the total mass of the abrasive is more preferable.
本発明の研磨剤中の酸化剤は、バリア層の表面に酸化皮膜を形成するものである。この酸化皮膜を機械的な力で被研磨面から除去することにより、バリア層の研磨が促進される。酸化剤としては、過酸化水素、ヨウ素酸塩、過ヨウ素酸塩、次亜塩素酸塩、過塩素酸塩、過硫酸塩、過炭酸塩、過ホウ酸塩および過リン酸塩から選ばれる1種以上の使用が好ましい。ヨウ素酸塩、過ヨウ素酸塩、次亜塩素酸塩、過塩素酸塩、過硫酸塩、過炭酸塩、過ホウ酸塩および過リン酸塩としては、アンモニウム塩や、カリウム塩等を使用することができる。アルカリ金属成分を含有せず、有害な副生成物を生じない点から、これらの中でも過酸化水素が好ましい。 The oxidizing agent in the abrasive of the present invention forms an oxide film on the surface of the barrier layer. By removing this oxide film from the surface to be polished by mechanical force, polishing of the barrier layer is promoted. As the oxidizing agent, 1 selected from hydrogen peroxide, iodate, periodate, hypochlorite, perchlorate, persulfate, percarbonate, perborate and perphosphate Use of more than one species is preferred. As iodate, periodate, hypochlorite, perchlorate, persulfate, percarbonate, perborate and perphosphate, ammonium salt, potassium salt, etc. are used. be able to. Of these, hydrogen peroxide is preferable because it does not contain an alkali metal component and does not produce harmful by-products.
研磨促進の効果を十分に得るために、本発明の研磨剤中の酸化剤の含有割合(濃度)は、研磨剤の全質量に対して0.01〜50質量%の範囲であり、かつ研磨速度等を考慮して適宜設定することが好ましい。研磨剤全質量の0.2〜10質量%の範囲がより好ましく、0.2〜2質量%の範囲が特に好ましくい。 In order to sufficiently obtain the effect of promoting polishing, the content (concentration) of the oxidizing agent in the polishing agent of the present invention is in the range of 0.01 to 50% by mass with respect to the total mass of the polishing agent, and polishing. It is preferable to set appropriately considering the speed and the like. The range of 0.2 to 10% by mass of the total mass of the abrasive is more preferable, and the range of 0.2 to 2% by mass is particularly preferable.
本発明の研磨剤中の保護膜形成剤とは、金属配線層のディッシングを防止するために、金属配線層表面に保護膜を形成する機能を有する薬剤を意味する。例えば、金属配線層が銅または銅合金からなる場合は、銅表面に物理的または化学的に吸着して皮膜を形成することにより、銅の溶出を抑制するものであればよい。 The protective film forming agent in the abrasive of the present invention means an agent having a function of forming a protective film on the surface of the metal wiring layer in order to prevent dishing of the metal wiring layer. For example, in the case where the metal wiring layer is made of copper or a copper alloy, any material may be used as long as it suppresses elution of copper by forming a film by physically or chemically adsorbing on the copper surface.
保護膜形成剤としては、以下の式(1)で表される化合物であることが好ましい。
式(1)中、R1は水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシ基またはカルボン酸基を示している。 In formula (1), R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, or a carboxylic acid group.
式(1)で表される化合物としては、BTA、BTAのベンゼン環の4または5位置のH原子がメチル基で置換されたトリルトリアゾール(TTA)、カルボン酸基で置換されたベンゾトリアゾール−4−カルボン酸等が挙げられる。これらは単独で使用しても、2種以上を混合して使用してもよい。本発明の研磨剤中の(C)保護膜形成剤の含有割合(濃度)は、研磨特性の点から、研磨剤の全質量に対して0.001〜5質量%の範囲にあることが好ましく、0.01〜1.0質量%の範囲がより好ましく、0.05〜0.5質量%の範囲が特に好ましい。 Examples of the compound represented by the formula (1) include BTA, tolyltriazole (TTA) in which the H atom at position 4 or 5 of the benzene ring of BTA is substituted with a methyl group, and benzotriazole-4 substituted with a carboxylic acid group. -Carboxylic acid etc. are mentioned. These may be used alone or in admixture of two or more. The content ratio (concentration) of the protective film forming agent (C) in the abrasive of the present invention is preferably in the range of 0.001 to 5 mass% with respect to the total mass of the abrasive from the viewpoint of polishing characteristics. The range of 0.01 to 1.0% by mass is more preferable, and the range of 0.05 to 0.5% by mass is particularly preferable.
本発明の研磨剤には、前記した砥粒、酸化剤、保護膜形成剤の他に酸が含まれる。前記した酸化剤が酸としても機能する場合には、酸化剤ではなく酸として扱うものとする。 The abrasive of the present invention contains an acid in addition to the above-described abrasive grains, oxidizing agent, and protective film forming agent. When the above-described oxidizing agent functions also as an acid, it is handled as an acid instead of an oxidizing agent.
このような酸としては、硝酸、硫酸および塩酸から選ばれる1種以上の無機酸を用いることが好ましい。中でも、酸化力のあるオキソ酸でありハロゲンを含まない硝酸の使用が好ましい。また、本発明の研磨剤における酸の含有割合(濃度)は、研磨剤の全質量に対して0.01〜50質量%の範囲が好ましく、0.01〜20質量%の範囲がより好ましく、0.02〜0.5質量%の範囲が特に好ましい。酸の添加により、バリア層や絶縁層の研磨速度を高めることができる。また、研磨剤の分散安定性を向上させることも可能である。 As such an acid, it is preferable to use one or more inorganic acids selected from nitric acid, sulfuric acid and hydrochloric acid. Among these, it is preferable to use nitric acid which is an oxo acid having oxidizing power and does not contain halogen. The acid content (concentration) in the abrasive of the present invention is preferably in the range of 0.01 to 50% by mass, more preferably in the range of 0.01 to 20% by mass with respect to the total mass of the abrasive. A range of 0.02 to 0.5 mass% is particularly preferable. By adding an acid, the polishing rate of the barrier layer or the insulating layer can be increased. It is also possible to improve the dispersion stability of the abrasive.
本発明に係る研磨剤を後述する所定のpHに調整するために、前記した酸とともに塩基性化合物を添加することができる。塩基性化合物としては、アンモニア、水酸化カリウム、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドやテトラエチルアンモニウムヒドロキシドのような4級アンモニウムヒドロキシド、モノエタノールアミン等を使用することができる。アルカリ金属を含まない方が好ましい場合には、アンモニアが好適である。 In order to adjust the abrasive according to the present invention to a predetermined pH described later, a basic compound can be added together with the acid described above. As the basic compound, ammonia, potassium hydroxide, quaternary ammonium hydroxide such as tetramethylammonium hydroxide and tetraethylammonium hydroxide, monoethanolamine and the like can be used. Ammonia is preferred when it is preferable not to include an alkali metal.
なお、酸や塩基性化合物は、本発明の研磨剤調製のどの段階に添加してもよい。例えば、酸または塩基性化合物で処理したものを研磨剤の成分として使用する場合も、上記に説明する酸や塩基性化合物の添加に該当する。また、使用する酸と塩基性化合物との全てまたはその一部を反応させて塩とした後添加することもできるが、バリア層の研磨速度を大きくできる点、研磨剤のpHを所望の範囲に調節しやすい点、および取扱い性の点などから、本発明では、酸と塩基性化合物とを別々に添加することが好ましい。 In addition, you may add an acid and a basic compound in any step of the abrasive | polishing agent preparation of this invention. For example, when using what was processed with the acid or the basic compound as a component of an abrasive | polishing agent, it corresponds to addition of the acid and basic compound which are demonstrated above. It can also be added after reacting all or part of the acid and basic compound used to form a salt. However, the polishing rate of the barrier layer can be increased, and the pH of the abrasive is in the desired range. In the present invention, it is preferable to add the acid and the basic compound separately from the viewpoint of easy adjustment and handling.
研磨剤中の塩基性化合物の含有割合(濃度)は、研磨剤の全質量に対して0.01〜50質量%の範囲が好ましく、0.01〜10質量%の範囲がより好ましく、0.01〜1質量%の範囲が特に好ましい。なお、塩となった場合における研磨剤中の酸および塩基性化合物の濃度は、その塩がそれぞれ酸と塩基性化合物として独立に存在していると仮定した場合の濃度を意味する。 The content ratio (concentration) of the basic compound in the abrasive is preferably in the range of 0.01 to 50 mass%, more preferably in the range of 0.01 to 10 mass% with respect to the total mass of the abrasive. A range of 01 to 1% by mass is particularly preferable. In addition, the concentration of the acid and the basic compound in the abrasive when it becomes a salt means the concentration when it is assumed that the salt exists independently as an acid and a basic compound, respectively.
本発明に係る研磨剤のpHは2〜5の範囲とすることが好ましい。研磨特性と分散安定性とを考慮すると、砥粒としてシリカを用いた場合のpHは4以下が好ましく、金属配線層(例えば銅配線層)の所望の研磨速度に応じて、pH2〜4の酸性領域が適宜使用される。 The pH of the abrasive according to the present invention is preferably in the range of 2-5. In consideration of polishing characteristics and dispersion stability, the pH when silica is used as the abrasive is preferably 4 or less, and the pH is 2 to 4 depending on the desired polishing rate of the metal wiring layer (for example, copper wiring layer). Areas are used as appropriate.
砥粒がアルミナやセリアの場合には、それらの等電点やゲル化領域を考慮して、最適pH値に調整することが好ましい。そのために、pH緩衝剤を使用してもよい。pH緩衝剤としては、pH緩衝能があるものであれば特に制限なく使用することができるが、多価カルボン酸であるコハク酸、クエン酸、シュウ酸、フタル酸、酒石酸およびアジピン酸から選ばれる1種以上が好ましい。また、グリシルグリシンや炭酸アルカリも使用することができる。研磨剤中のpH緩衝剤の含有割合(濃度)は、研磨剤の全質量に対して10質量%以下が好ましい。なお、pH緩衝剤は、上記酸(D)や塩基性化合物としては扱わないものとする。 When the abrasive is alumina or ceria, it is preferable to adjust the pH value to an optimum value in consideration of the isoelectric point and the gelation region. For this purpose, a pH buffering agent may be used. The pH buffering agent can be used without particular limitation as long as it has pH buffering ability, but is selected from succinic acid, citric acid, oxalic acid, phthalic acid, tartaric acid and adipic acid which are polyvalent carboxylic acids. One or more are preferred. Moreover, glycylglycine and alkali carbonate can also be used. The content ratio (concentration) of the pH buffering agent in the abrasive is preferably 10% by mass or less with respect to the total mass of the abrasive. The pH buffer is not handled as the acid (D) or basic compound.
本発明の研磨剤中の炭素数6〜20のアルキル基、アリール基、アリール置換アルキル基から選ばれる炭化水素基を有するアミンは、低誘電率絶縁層をあまり削らずに、二酸化ケイ素等からなるキャップ層と低誘電率絶縁層との研磨速度に選択性を持たせるために配合される成分(以下、低誘電率層研磨抑制成分という。)である。本発明の研磨剤においては、このような(E)低誘電率層研磨抑制成分として、炭素数6〜20のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、アルキル基のH原子がアリール基で置換された炭素数6〜20のアリール置換アルキル基から選ばれる炭化水素基を有するアミンが使用される。具体的には、オクチルアミン、ドデシルアミン、ポリオキシエチレンラウリルアミンが例示され、これらのアミンから選ばれる1種以上を使用することが好ましい。このようなアミンは、研磨剤スラリーの分散性を悪化させることがない。なお、本明細書においてアミンは、1級アミノ基を有する第1アミンだけでなく、2級アミノ基を有する第2アミンおよび3級アミノ基を有する第3アミンをも含むものとする。 The amine having a hydrocarbon group selected from an alkyl group having 6 to 20 carbon atoms, an aryl group, and an aryl-substituted alkyl group in the polishing agent of the present invention is made of silicon dioxide or the like without significantly cutting the low dielectric constant insulating layer. It is a component (hereinafter, referred to as a low dielectric constant layer polishing suppressing component) that is blended in order to give selectivity to the polishing rate between the cap layer and the low dielectric constant insulating layer. In the polishing agent of the present invention, as such (E) low dielectric constant layer polishing inhibiting component, an alkyl group having 6 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, and an H atom of the alkyl group is an aryl group. An amine having a hydrocarbon group selected from substituted aryl-substituted alkyl groups having 6 to 20 carbon atoms is used. Specific examples include octylamine, dodecylamine, and polyoxyethylene laurylamine, and it is preferable to use one or more selected from these amines. Such an amine does not deteriorate the dispersibility of the abrasive slurry. In the present specification, the amine includes not only a primary amine having a primary amino group but also a secondary amine having a secondary amino group and a tertiary amine having a tertiary amino group.
前記アミンが、低誘電率絶縁層の研磨を抑制する働きをするのは、これらの化合物の有する親水基であるアミノ基(1級アミノ基、2級アミノ基あるいは3級アミノ基)と、疎水基である炭化水素基(炭素数6〜20のアルキル基、アリール基、アリール置換アルキル基)の作用と考えられる。すなわち、酸化物からなり表面が親水性の(A)砥粒と、有機基を持つため表面が疎水性の低誘電率絶縁層との間に、親水基と疎水基をそれぞれ有する前記アミンが介在することで、相互作用を生じさせているためと考えられる。親水基と疎水基をそれぞれ有するアミンであっても、疎水基の炭素数が6未満のものでは、低誘電率絶縁層の研磨を抑制する十分な効果が生じない。また、炭素数が6〜20の炭化水素基を有するものであっても、1級から3級のアミノ基を有しないもの(例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル)を使用した場合は、低誘電率絶縁層の研磨を抑制し、低誘電率絶縁層/二酸化ケイ素膜の選択比を小さくすることができない。また、研磨剤の分散性が低下するなどの、安定性に関する特性低下が生じるため好ましくない。 The amine functions to suppress polishing of the low dielectric constant insulating layer because of the amino group (primary amino group, secondary amino group or tertiary amino group) which is a hydrophilic group of these compounds, and hydrophobicity. This is considered to be the action of the hydrocarbon group (alkyl group having 6 to 20 carbon atoms, aryl group, aryl-substituted alkyl group). That is, the amine having a hydrophilic group and a hydrophobic group is interposed between the (A) abrasive grains made of an oxide and having a hydrophilic surface (A) and a low dielectric constant insulating layer having an organic group and a hydrophobic surface. This is thought to be due to the interaction. Even if the amine has a hydrophilic group and a hydrophobic group, if the hydrophobic group has less than 6 carbon atoms, a sufficient effect of suppressing polishing of the low dielectric constant insulating layer does not occur. Moreover, even if it has a hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms, when it does not have a primary to tertiary amino group (for example, polyoxyethylene alkyl ether), it has a low dielectric constant. Polishing of the insulating layer is suppressed, and the low dielectric constant insulating layer / silicon dioxide film selection ratio cannot be reduced. Moreover, since the characteristic regarding stability will arise, such as the dispersibility of an abrasive | polishing agent falling, it is not preferable.
なお、特開2007−12679号公報には、キャップ層と低誘電率絶縁層との研磨速度に選択性が付けられ、キャップ層を削りきった後低誘電率絶縁層が露出した段階で研磨速度が大幅に低下する、という性質を有する研磨剤が開示されている。しかし、この公報に記載されている低誘電率絶縁層の比誘電率kは2.7であり、近年使用の要求が高まっているさらに低誘電率(比誘電率2.2)の絶縁層の研磨には適用することが難しかった。 In JP 2007-12679 A, selectivity is given to the polishing rate of the cap layer and the low dielectric constant insulating layer, and the polishing rate is reduced when the low dielectric constant insulating layer is exposed after the cap layer is completely shaved. Abrasives having the property of significantly lowering are disclosed. However, the dielectric constant k of the low dielectric constant insulating layer described in this publication is 2.7, and the use of an insulating layer having a lower dielectric constant (relative dielectric constant of 2.2) that has been increasingly demanded for use in recent years. It was difficult to apply to polishing.
前記低誘電率層研磨抑制成分を含有する本発明の研磨剤によれば、比誘電率kが2.2の低誘電率絶縁層と二酸化ケイ素からなるキャップ層との選択比の値を十分に小さくすることができる。具体的には、本発明の研磨剤により、低誘電率絶縁層/二酸化ケイ素膜の選択比を1.0以下とすることができる。0.5以下とすることがより好ましい。 According to the polishing agent of the present invention containing the low dielectric constant layer polishing inhibiting component, the value of the selective ratio between the low dielectric constant insulating layer having a relative dielectric constant k of 2.2 and the cap layer made of silicon dioxide is sufficiently high. Can be small. Specifically, the low dielectric constant insulating layer / silicon dioxide film selection ratio can be made 1.0 or less by the abrasive of the present invention. More preferably, it is 0.5 or less.
上記したように、本発明に係る研磨剤は、さらに低誘電率(例えば比誘電率k=2.2)の絶縁層であっても、キャップ層と低誘電率絶縁層との研磨速度に選択性をつけてキャップ層を削りきった後、低誘電率絶縁層が露出した段階で研磨速度が大幅に低下する、という性質を有しているので、キャップ層と金属配線層とを含んでなる被研磨面を研磨する際に、キャップ層を完全に除去した後に、その下にある低誘電率絶縁層の削り込み量を最小限に抑制しながら被研磨面を平坦化することができる、という優れた特徴を有する。このような特徴は、CMP技術において、研磨剤の薬剤組成に起因する化学的研磨と砥粒がもたらす機械的研磨とが融合して得られるものと考えられ、従来の研磨剤では実現できなかった効果である。 As described above, the polishing agent according to the present invention is selected for the polishing rate of the cap layer and the low dielectric constant insulating layer even for an insulating layer having a low dielectric constant (for example, relative dielectric constant k = 2.2). The cap layer and the metal wiring layer are included because the polishing rate is greatly reduced at the stage where the low dielectric constant insulating layer is exposed after the cap layer has been scraped off. When polishing the surface to be polished, after completely removing the cap layer, it is possible to flatten the surface to be polished while minimizing the amount of cutting of the underlying low dielectric constant insulating layer It has excellent characteristics. Such characteristics are considered to be obtained by combining chemical polishing resulting from the chemical composition of the polishing agent and mechanical polishing caused by the abrasive grains in CMP technology, and could not be realized with conventional polishing agents. It is an effect.
前記低誘電率層研磨抑制成分の研磨剤中における含有割合(濃度)は、低誘電率絶縁層/二酸化ケイ素膜の選択比を小さくするうえで十分な効果を得る点から、研磨剤の全質量に対して0.01〜1質量%の範囲で、所望の選択比等を考慮して適宜設定することが好ましい。研磨剤全質量の0.02〜0.5質量%の範囲がより好ましく、0.04〜0.2質量%の範囲がさらにより好ましい。 The content (concentration) of the low dielectric constant layer polishing inhibiting component in the abrasive is sufficient to reduce the low dielectric constant insulating layer / silicon dioxide film selection ratio, so that the total mass of the abrasive is obtained. In the range of 0.01 to 1% by mass, it is preferable to set appropriately considering the desired selection ratio and the like. A range of 0.02 to 0.5% by mass of the total mass of the abrasive is more preferable, and a range of 0.04 to 0.2% by mass is even more preferable.
本発明に係る研磨剤において、水は砥粒を安定的に分散させるために使用される。使用する水は、本発明の趣旨に反しない限りどのようなものを使用してもよいが、純水、イオン交換水等を使用することが好ましい。水は研磨剤の全質量に対して40〜98質量%の範囲で含まれることが好ましい。 In the abrasive according to the present invention, water is used to stably disperse the abrasive grains. Any water may be used as long as it does not violate the gist of the present invention, but it is preferable to use pure water, ion-exchanged water or the like. It is preferable that water is contained in the range of 40 to 98% by mass with respect to the total mass of the abrasive.
また、本発明の研磨剤には、流動性や分散安定性、研磨速度を調節するために、炭素数1〜4の1級アルコール、炭素数2〜4のグリコールおよびCH3CH(OH)CH2O−CmH2m−1で表されるエーテル(ただし、mは1〜4の整数。)、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトンおよび炭酸プロピレンからなる群から選ばれる1種以上の有機溶媒を加えることが好ましい。具体的には、1級アルコールとしては、メチルアルコノール、エチルアルコール、イソプロピルアルコールが好ましい。グリコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコールが好ましい。エーテルとしては、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテルが好ましい。また、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、炭酸プロピレンは、25℃における比誘電率が30〜65の範囲の極性溶媒であり、溶媒和により電解質を高濃度で溶解することができる。 In addition, the abrasive of the present invention includes a primary alcohol having 1 to 4 carbon atoms, a glycol having 2 to 4 carbon atoms, and CH 3 CH (OH) CH in order to adjust fluidity, dispersion stability, and polishing rate. Ether represented by 2 O—C m H 2m−1 (where m is an integer of 1 to 4), N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, γ-butyrolactone and carbonic acid It is preferable to add one or more organic solvents selected from the group consisting of propylene. Specifically, the primary alcohol is preferably methyl alcohol, ethyl alcohol, or isopropyl alcohol. As glycol, ethylene glycol and propylene glycol are preferable. As the ether, propylene glycol monomethyl ether and propylene glycol monoethyl ether are preferable. N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, γ-butyrolactone and propylene carbonate are polar solvents having a relative dielectric constant in the range of 30 to 65 at 25 ° C. Can be dissolved at a high concentration.
本発明に係る研磨剤には、表面張力の高い水が含まれるため、上記の有機溶媒の添加はその流動性を調節するために有効である。特に、上記の有機溶媒は、保護膜形成剤である前記式(1)で表される化合物の良溶媒として働くため、研磨剤中の保護膜形成剤の含有割合(濃度)を所望の範囲に調節しやすいという利点がある。 Since the abrasive according to the present invention contains water having a high surface tension, the addition of the organic solvent is effective for adjusting the fluidity. In particular, the organic solvent acts as a good solvent for the compound represented by the formula (1), which is a protective film forming agent, so the content ratio (concentration) of the protective film forming agent in the abrasive is within a desired range. There is an advantage that it is easy to adjust.
本発明に係る研磨剤には、本発明の趣旨に反しない限り、界面活性剤、キレート化剤、還元剤、粘性付与剤または粘度調節剤、凝集防止剤または分散剤、防錆剤等を必要に応じて適宜含有させることができる。ただし、これらの添加剤が、酸化剤、保護膜形成剤、酸または塩基性化合物の機能を有する場合は、酸化剤、保護膜形成剤、酸または塩基性化合物として扱うものとする。 The abrasive according to the present invention requires a surfactant, a chelating agent, a reducing agent, a viscosity imparting agent or a viscosity modifier, an anti-aggregating agent or a dispersing agent, a rust preventive agent, etc., unless it is contrary to the spirit of the present invention. Depending on the content, it can be appropriately contained. However, when these additives have the functions of an oxidizing agent, a protective film forming agent, an acid or a basic compound, they are handled as an oxidizing agent, a protective film forming agent, an acid or a basic compound.
本発明に係る研磨剤は、前記した構成成分が前記所定の含有割合(濃度)で含有され、砥粒については均一に分散した、それ以外の成分については均一に溶解した混合状態になるように調製され使用される。混合には研磨剤の製造に通常用いられる撹拌混合方法、例えば、超音波分散機、ホモジナイザー等による撹拌混合方法を採ることができる。本発明に係る研磨剤は、必ずしも予め構成する研磨材料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、研磨材料が混合されて研磨剤の組成になってもよい。 In the abrasive according to the present invention, the above-described constituent components are contained in the predetermined content ratio (concentration), the abrasive grains are uniformly dispersed, and other components are uniformly dissolved. Prepared and used. For mixing, a stirring and mixing method usually used in the production of an abrasive, for example, a stirring and mixing method using an ultrasonic disperser, a homogenizer, or the like can be employed. The abrasive according to the present invention does not necessarily have to be supplied to the polishing site as a mixture of all the pre-configured abrasive materials. When supplying to the place of polishing, the polishing material may be mixed to form the composition of the abrasive.
本発明に係る研磨剤は、例えば銅からなる金属配線層の研磨速度も制御できることから、半導体集積回路装置の製造において、埋め込まれた金属配線層を有する絶縁層の平坦な表面を得るのに好適である。特に、絶縁層上にバリア層と金属配線層とを積層して形成された被研磨面を研磨するのに好適である。すなわち、本発明に係る研磨剤は、バリア層の高速研磨と、埋め込まれた金属配線層を有する絶縁層の平坦化との両方の機能を併せ持つものである。 Since the polishing agent according to the present invention can also control the polishing rate of a metal wiring layer made of, for example, copper, it is suitable for obtaining a flat surface of an insulating layer having an embedded metal wiring layer in the manufacture of a semiconductor integrated circuit device. It is. In particular, it is suitable for polishing a surface to be polished formed by laminating a barrier layer and a metal wiring layer on an insulating layer. That is, the abrasive according to the present invention has both functions of high-speed polishing of the barrier layer and flattening of the insulating layer having the embedded metal wiring layer.
特に、バリア層がタンタル、タンタル合金およびタンタル化合物から選ばれる1種以上の材料からなる層であるときに、高い効果が得られる。しかし、他の金属等からなる膜に対しても適用することができ、バリア層としてタンタル以外の金属または金属化合物、例えばTi、TiN、TiSiN、WN等からなる層を用いた場合にも、十分な効果が得られる。 In particular, when the barrier layer is a layer made of one or more materials selected from tantalum, a tantalum alloy, and a tantalum compound, a high effect can be obtained. However, it can also be applied to films made of other metals, etc., and even when a layer made of a metal or a metal compound other than tantalum, such as Ti, TiN, TiSiN, WN, etc., is used as the barrier layer. Effects can be obtained.
本発明に係る研磨剤による研磨対象の一つである絶縁層を構成する材料としては、公知のどのような材料を使用してもよい。例えば、二酸化ケイ素膜を例示することができる。二酸化ケイ素膜としては、一般にSiとOとの架橋構造からなり、SiとOの原子数の比が1:2のものが使用されるが、それ以外のものでもよい。このような二酸化ケイ素膜としては、テトラエトキシシラン(TEOS)やシランガス(SiH4)を使用し、プラズマCVDにより堆積させたものが一般的に知られている。 Any known material may be used as the material constituting the insulating layer that is one of the objects to be polished by the abrasive according to the present invention. For example, a silicon dioxide film can be exemplified. As the silicon dioxide film, one having a crosslinked structure of Si and O and having a ratio of the number of atoms of Si and O of 1: 2 is generally used, but other films may be used. As such a silicon dioxide film, a film deposited by plasma CVD using tetraethoxysilane (TEOS) or silane gas (SiH 4 ) is generally known.
また近年、信号遅延の抑制を目的として、比誘電率が3以下の低誘電率材料からなる膜が絶縁層として使用されるようになってきている。このような低誘電率材料膜としては、
ポーラスシリカ膜や、主にSi−O結合から構成されCH3結合を含む有機ケイ素材料(一般にSiOCと表記される。)膜が知られている。これらの膜も、本発明に係る研磨剤を適用する絶縁層として好適に使用することができる。
In recent years, a film made of a low dielectric constant material having a relative dielectric constant of 3 or less has been used as an insulating layer for the purpose of suppressing signal delay. As such a low dielectric constant material film,
Porous silica films and organic silicon material (generally referred to as SiOC) films mainly composed of Si—O bonds and containing CH 3 bonds are known. These films can also be suitably used as an insulating layer to which the abrasive according to the present invention is applied.
前記した有機ケイ素材料は、プロセス技術として従来技術の延長線上にあり、適切なプロセスチューニングを行うことにより、適応範囲の広い量産技術が達成されている。したがって、この低誘電率材料を使用した膜を平坦化する技術が要望されており、その目的のために、本発明に係る研磨剤を好適に使用することができる。 The aforementioned organosilicon material is an extension of the prior art as a process technology, and mass production technology with a wide range of application has been achieved by performing appropriate process tuning. Therefore, there is a demand for a technique for flattening a film using this low dielectric constant material, and the abrasive according to the present invention can be suitably used for that purpose.
低誘電率材料である有機ケイ素材料としては、商品名Black Diamond1(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る。前記材料よりさらに誘電率が低減された有機ケイ素材料としては、商品名Black Diamond2x(比誘電率2.2、アプライドマテリアルズ社技術)が知られている。
Examples of the organic silicon material that is a low dielectric constant material include trade name Black Diamond 1 (relative permittivity 2.7, Applied Materials technology), trade name Coral (relative permittivity 2.7, Novellus Systems technology),
本発明に係る研磨剤は、絶縁層上にキャップ層が形成された構造のものについても好適に使用することができる。例えば、低誘電率絶縁層上にキャップ層、バリア層および金属配線層が順に積層された多層構造において、キャップ層を完全に除去した後、低誘電率絶縁層をあまり削りこまずに平坦化するために適している。そして、低誘電率絶縁層/キャップ層の選択比、具体的にはSiOC層/二酸化ケイ素層の選択比を、1.0以下とすることができる。SiOC層/二酸化ケイ素層の選択比は、0.04〜0.50の範囲であることが好ましく、0.05〜0.30の範囲であることがより好ましい。 The abrasive | polishing agent which concerns on this invention can be used suitably also about the thing of the structure where the cap layer was formed on the insulating layer. For example, in a multilayer structure in which a cap layer, a barrier layer, and a metal wiring layer are sequentially laminated on a low dielectric constant insulating layer, after the cap layer is completely removed, the low dielectric constant insulating layer is flattened without much shaving. Suitable for. The selection ratio of the low dielectric constant insulating layer / cap layer, specifically, the selection ratio of SiOC layer / silicon dioxide layer can be 1.0 or less. The selection ratio of SiOC layer / silicon dioxide layer is preferably in the range of 0.04 to 0.50, and more preferably in the range of 0.05 to 0.30.
キャップ層は、絶縁層に低誘電率材料を使用する場合に、絶縁層とバリア層との密着性を高め、化学的機械的に脆弱な低誘電率絶縁層に金属配線層を埋め込むための溝をエッチングにより形成する際のマスク材として用いるために設けられる。また、キャップ層は、低誘電率材料の変質防止を図ることを目的として設けられる。 The cap layer is a groove for embedding a metal wiring layer in a chemically and mechanically fragile low dielectric constant insulating layer when the low dielectric constant material is used for the insulating layer to improve the adhesion between the insulating layer and the barrier layer. Is provided for use as a mask material when formed by etching. In addition, the cap layer is provided for the purpose of preventing deterioration of the low dielectric constant material.
キャップ層としては、一般にケイ素と酸素とを構成要素とする膜が使用される。このような膜としては、二酸化ケイ素膜を例示することができる。二酸化ケイ素膜としては、一般にSiとOとの架橋構造よりなり、SiとOの原子数の比が1:2のものが使用されるが、これ以外のものでもよい。このような二酸化ケイ素膜としては、テトラエトキシシラン(TEOS)やシランガス(SiH4)を使用し、プラズマCVDにより堆積させたものが知られている。 As the cap layer, a film having silicon and oxygen as constituent elements is generally used. An example of such a film is a silicon dioxide film. As the silicon dioxide film, a film having a crosslinked structure of Si and O and having a ratio of the number of atoms of Si and O of 1: 2 is generally used, but other films may be used. As such a silicon dioxide film, a film deposited by plasma CVD using tetraethoxysilane (TEOS) or silane gas (SiH 4 ) is known.
本発明に係る研磨剤は、キャップ層として、TEOSをCVDにより堆積させた二酸化ケイ素膜を用い、低誘電率の有機ケイ素材料としてSi−CH3結合を有する化合物である商品名Black Diamond1(比誘電率2.7)を用いる場合に、特に好適に使用することができる。さらに比誘電率の低い商品名Black Diamond2x(比誘電率2.2)を用いる場合にも好適に使用することができる。 The abrasive according to the present invention uses, as a cap layer, a silicon dioxide film in which TEOS is deposited by CVD, and a compound having a Si—CH 3 bond as a low dielectric constant organosilicon material. In the case of using the rate 2.7), it can be particularly preferably used. Furthermore, it can be used suitably also when using the product name Black Diamond 2x (relative permittivity 2.2) having a low relative permittivity.
本発明に係る研磨剤の研磨対象となる金属配線層としては、銅、銅合金および銅化合物から選ばれる1種以上の材料からなる層が好ましい。しかし、本発明の研磨剤は、銅以外の金属、例えばAl、W、Ag、Pt、Au等の金属膜に対しても適用可能である。 The metal wiring layer to be polished by the abrasive according to the present invention is preferably a layer made of one or more materials selected from copper, copper alloys and copper compounds. However, the abrasive of the present invention can also be applied to metals other than copper, such as metal films such as Al, W, Ag, Pt, and Au.
本発明の研磨剤を用いて半導体集積回路装置の被研磨面を研磨する方法としては、研磨剤を研磨パッドに供給しながら、半導体集積回路装置の被研磨面と研磨パッドとを接触させ、両者間の相対運動により研磨を行う方法が好ましい。 As a method for polishing a surface to be polished of a semiconductor integrated circuit device using the polishing agent of the present invention, the polishing surface of the semiconductor integrated circuit device is brought into contact with the polishing pad while supplying the polishing agent to the polishing pad. A method of polishing by relative motion between the two is preferable.
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、本発明の研磨方法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に研磨剤25を供給する研磨剤供給配管26とを備えている。研磨剤供給配管26から研磨剤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 apparatus can be used as the polishing apparatus. FIG. 3 is a diagram showing an example of a polishing apparatus that can be used in the polishing method of the present invention. The 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、研磨剤25供給量については、被研磨面構成材料や研磨剤の組成、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。
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への研磨剤25の供給を促進し、あるいは研磨パッド24に研磨剤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、必要に応じて、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、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, the pad conditioner may be brought into contact with the surface of the
このような研磨装置を使用する本発明に係る研磨方法は、基板上の絶縁層に配線用の溝パターンやビア等の凹部を形成し、次にバリア層を形成した後に、金属例えば銅を溝部に埋め込むためにスパッタ法やメッキ法等で成膜した被研磨面において、凹部以外の絶縁層表面が露出するまで金属層とバリア層とをCMPで除去して、埋め込み金属配線層を形成する方法に好適に用いられる。 In the polishing method according to the present invention using such a polishing apparatus, a groove such as a wiring pattern or a recess such as a via is formed in an insulating layer on a substrate, and then a barrier layer is formed. A method of forming a buried metal wiring layer by removing the metal layer and the barrier layer by CMP until the surface of the insulating layer other than the concave portion is exposed on the surface to be polished formed by sputtering or plating for embedding in Is preferably used.
以下、本発明を実施例および比較例によりさらに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 Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further more concretely, this invention is not limited to these Examples.
(1)研磨剤の調製
(1−1)実施例1〜11の各研磨剤を、以下に示すように調製した。すなわち、水に硝酸と表1に示すpH緩衝剤とを加え、さらに低誘電率層研磨抑制成分であるアミンE1〜E3を加えて10分間撹拌し、a液を得た。また、保護膜形成剤であるBTAを、その良溶媒であるエチレングリコール(EG)に溶解し、保護膜形成剤の固形分濃度が40質量%のb液を得た。なお、表1中、アミンE1はポリオキシエチレンラウリルアミンを、E2はオクチルアミンを、E3はドデシルアミンをそれぞれ示している。
(1) Preparation of abrasive (1-1) Each abrasive of Examples 1 to 11 was prepared as shown below. That is, nitric acid and a pH buffering agent shown in Table 1 were added to water, and amines E1 to E3, which are low dielectric constant layer polishing inhibiting components, were added and stirred for 10 minutes to obtain solution a. Moreover, BTA which is a protective film forming agent was dissolved in ethylene glycol (EG) which is a good solvent to obtain a liquid b having a solid content concentration of 40% by mass of the protective film forming agent. In Table 1, amine E1 represents polyoxyethylene laurylamine, E2 represents octylamine, and E3 represents dodecylamine.
次に、a液にb液を添加した後、水にシリカを分散させたコロイダルシリカを徐々に添加し、さらに塩基性化合物であるKOHを徐々に添加してpHを調整した。その後、さらに酸化剤である過酸化水素の水溶液を添加し、30分間撹拌して研磨剤を得た。各実施例において使用した各成分、pH緩衝剤、塩基性化合物およびエチレングリコール(EG)の研磨剤全体に対する含有割合(濃度;質量%)を、表1に示す。水としては純水を使用した。 Next, after adding b liquid to a liquid, colloidal silica which disperse | distributed the silica in water was gradually added, and also KOH which is a basic compound was gradually added, and pH was adjusted. Thereafter, an aqueous solution of hydrogen peroxide as an oxidizing agent was further added and stirred for 30 minutes to obtain an abrasive. Table 1 shows the content (concentration: mass%) of each component, pH buffer, basic compound, and ethylene glycol (EG) used in each example with respect to the entire abrasive. Pure water was used as water.
(1−2)比較例1〜3の各研磨剤を、以下に示すように調製した。すなわち、水に硝酸とpH緩衝剤とを加え、さらにアミンE1〜E3の代わりにE4〜E6を加えて10分間撹拌し、a液を得た。また、保護膜形成剤であるBTAを、その良溶媒であるEGに溶解し、BTAの固形分濃度が40質量%のb液を得た。なお、比較例1で使用したE4はブチルエタノールアミンを、比較例2で使用したE5はブチルジエタノールアミンを、比較例3で使用したE6はポリオキシエチレンラウリルエーテルをそれぞれ示している。 (1-2) Each abrasive | polishing agent of Comparative Examples 1-3 was prepared as shown below. That is, nitric acid and a pH buffer were added to water, and E4 to E6 were further added instead of amines E1 to E3, followed by stirring for 10 minutes to obtain a solution a. Moreover, BTA which is a protective film forming agent was dissolved in EG which is a good solvent to obtain a liquid b having a BTA solid content concentration of 40% by mass. E4 used in Comparative Example 1 represents butylethanolamine, E5 used in Comparative Example 2 represents butyldiethanolamine, and E6 used in Comparative Example 3 represents polyoxyethylene lauryl ether.
次に、a液にb液を添加した後、コロイダルシリカを徐々に添加し、さらにKOHを徐々に添加してpHを調整した。その後、さらに酸化剤である過酸化水素の水溶液を添加し、30分間撹拌して研磨剤を得た。比較例1〜3において使用した各成分、pH緩衝剤、塩基性化合物およびEGの研磨剤全体に対する含有割合(濃度;質量%)を表1に示す。水としては純水を使用した。 Next, after adding b liquid to a liquid, colloidal silica was added gradually, and also KOH was added gradually, and pH was adjusted. Thereafter, an aqueous solution of hydrogen peroxide as an oxidizing agent was further added and stirred for 30 minutes to obtain an abrasive. Table 1 shows the content (concentration: mass%) of each component, pH buffer, basic compound, and EG used in Comparative Examples 1 to 3 with respect to the entire abrasive. Pure water was used as water.
(1−3)比較例4〜6の各研磨剤を、以下に示すように調製した。すなわち、水に硝酸とpH緩衝剤とを加えて撹拌し、a液を得た。また、BTAを、その良溶媒であるEGに溶解し、BTAの固形分濃度が40質量%のb液を得た。 (1-3) Each abrasive | polishing agent of Comparative Examples 4-6 was prepared as shown below. That is, nitric acid and a pH buffer were added to water and stirred to obtain a solution a. Moreover, BTA was melt | dissolved in EG which is the good solvent, and b liquid whose solid content concentration of BTA is 40 mass% was obtained.
次に、a液にb液を添加した後、コロイダルシリカを徐々に添加し、さらにKOHを徐々に添加してpHを調整した。その後、さらに過酸化水素の水溶液を添加し、30分間撹拌して研磨剤を得た。比較例4〜6において使用した各成分、pH緩衝剤、塩基性化合物およびEGの研磨剤全体に対する含有割合(濃度;質量%)を表1に示す。水としては純水を使用した。 Next, after adding b liquid to a liquid, colloidal silica was added gradually, and also KOH was added gradually, and pH was adjusted. Thereafter, an aqueous solution of hydrogen peroxide was further added and stirred for 30 minutes to obtain an abrasive. Table 1 shows the content (concentration: mass%) of each component, pH buffer, basic compound, and EG used in Comparative Examples 4 to 6 with respect to the entire abrasive. Pure water was used as water.
(2)pHの測定
実施例1〜11および比較例1〜6で調製された研磨剤スラリーのpHを、横河電機社製のpH81−11を使用し25℃で測定した。測定結果を表1に示す。
(2) Measurement of pH The pH of the abrasive slurry prepared in Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 6 was measured at 25 ° C. using pH 81-11 manufactured by Yokogawa Electric Corporation. The measurement results are shown in Table 1.
(3)砥粒の平均一次粒径、平均二次粒径および会合比の測定
砥粒の平均一次粒径は、水分散液を乾燥させて得られる粒子の比表面積から、等価球換算粒径として求めた。粒子の比表面積は、フローソブII2300型(島津製作所製)を用いて、窒素吸着法であるBET一点法で測定した。研磨剤の平均二次粒径は、マイクロトラックUPA(日機装社製)で測定した。そして、会合比(平均二次粒径/平均一次粒径)を求めた。結果は以下の通りであった。実施例1〜11および比較例1〜4の砥粒は、平均一次粒径29nm、平均二次粒径61nmであり、会合比は2.1であった。比較例5の砥粒は、平均一次粒径17nm、平均二次粒径23nmであり、会合比は1.4であった。比較例6の砥粒は、平均一次粒径35nm、平均二次粒径50nmであり、会合比は1.4であった。
(3) Measurement of average primary particle size, average secondary particle size, and association ratio of abrasive grains The average primary particle size of abrasive grains is determined from the specific surface area of particles obtained by drying an aqueous dispersion, and the equivalent spherical equivalent particle size As sought. The specific surface area of the particles was measured by a BET single-point method, which is a nitrogen adsorption method, using Flow Sob II type 2300 (manufactured by Shimadzu Corporation). The average secondary particle size of the abrasive was measured with Microtrac UPA (Nikkiso Co., Ltd.). The association ratio (average secondary particle size / average primary particle size) was determined. The results were as follows. The abrasive grains of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 4 had an average primary particle size of 29 nm, an average secondary particle size of 61 nm, and an association ratio of 2.1. The abrasive grains of Comparative Example 5 had an average primary particle size of 17 nm, an average secondary particle size of 23 nm, and an association ratio of 1.4. The abrasive grains of Comparative Example 6 had an average primary particle size of 35 nm, an average secondary particle size of 50 nm, and an association ratio of 1.4.
(4)研磨剤の研磨特性の評価
実施例1〜11および比較例1〜6で得られた研磨剤について、以下の方法で研磨性能の評価を行った。
(4) Evaluation of polishing characteristics of abrasives The polishing performance of the abrasives obtained in Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 6 was evaluated by the following method.
(4−1)研磨条件
研磨は、以下の装置を使用し、以下に示す条件で行った。
研磨機:全自動CMP装置MIRRA(APPLIED MATERIALS社製)
(ウェハサイズ200mm径の場合)
小型研磨機:Nanofactor(ナノファクター社製)
(ウェハサイズ45mm角の場合)
研磨圧:14kPa
プラテン(定盤)回転数:表2に示す。
ヘッド(基板保持部)回転数:80rpm
研磨剤供給速度:200ミリリットル/分
研磨パッド:ハードパッドは、IC1400(ロームアンドハース社製)
ソフトパッドは、H7000(フジボウ社製)
(4-1) Polishing conditions Polishing was performed using the following apparatus under the following conditions.
Polishing machine: Fully automatic CMP machine MIRRA (manufactured by APPLIED MATERIALS)
(Wafer size 200mm diameter)
Small polishing machine: Nanofactor (manufactured by Nano Factor)
(When wafer size is 45mm square)
Polishing pressure: 14kPa
Platen (plate) rotation speed: shown in Table 2.
Head (substrate holding part) rotation speed: 80 rpm
Abrasive supply rate: 200 ml / min Polishing pad: Hard pad, IC1400 (Rohm and Haas)
Soft pad is H7000 (Fujibow)
(4−2)被研磨物
被研磨物として、次のブランケットウェハ(a)〜(d)を使用した。ウェハサイズは実施例4〜6および比較例5,6については、200mm径とした。それ以外は、200mm径のウェハをカットして得られた45mm角のものを使用した。
(4-2) Object to be polished The following blanket wafers (a) to (d) were used as objects to be polished. The wafer size was 200 mm for Examples 4 to 6 and Comparative Examples 5 and 6. Other than that, the 45 mm square thing obtained by cutting a 200 mm diameter wafer was used.
(a)金属配線層研磨速度評価用ウェハ
基板上に厚さ1500nmのCu層をメッキにより成膜したウェハを使用した。
(b)バリア層研磨速度評価用ウェハ
基板上に厚さ200nmのタンタル(Ta)層をスパッタ法により成膜したウェハを使用した。
(c)キャップ層研磨速度評価用ウェハ
基板上に厚さ800nmの二酸化ケイ素(SiO2)層をプラズマCVDにより成膜したウェハを使用した。
(d)低誘電率絶縁層研磨速度評価用ウェハ
基板上に、Black Diamond1(比誘電率2.7)を使用しプラズマCVDにより厚さ800nmのSiOC(A)層を成膜したウェハを使用した。また、基板上に、Black Diamond2x(比誘電率2.2)を使用しプラズマCVDにより厚さ800nmのSiOC(B)層を成膜したウェハを使用した。
(A) Metal wiring layer polishing rate evaluation wafer A wafer in which a Cu layer having a thickness of 1500 nm was formed on a substrate by plating was used.
(B) Wafer for barrier layer polishing rate evaluation A wafer in which a tantalum (Ta) layer having a thickness of 200 nm was formed on a substrate by a sputtering method was used.
(C) Cap layer polishing rate evaluation wafer A wafer in which a silicon dioxide (SiO 2 ) layer having a thickness of 800 nm was formed on a substrate by plasma CVD was used.
(D) Wafer for low dielectric constant insulating layer polishing rate evaluation A wafer in which a SiOC (A) layer having a thickness of 800 nm was formed by plasma CVD using Black Diamond 1 (relative dielectric constant 2.7) on a substrate was used. . In addition, a wafer was used in which a SiOC (B) layer having a thickness of 800 nm was formed on the substrate by plasma CVD using Black Diamond 2x (relative dielectric constant 2.2).
(4−3)研磨剤の特性評価方法
研磨速度は、研磨前後の膜厚から算出した。膜厚の測定には、金属配線層(Cu層)とバリア層(Ta層)については、四探針法による表面抵抗から算出するシート抵抗測定装置RS75(KLAテンコール社製)を用い、低誘電率絶縁層(SiOC(A)層、SiOC(B)層)およびキャップ層(SiO2層)については、光干渉式全自動膜厚測定装置UV1280SE(KLAテンコール社製)を用いた。
(4-3) Characteristic Evaluation Method for Abrasives The polishing rate was calculated from the film thickness before and after polishing. For the measurement of the film thickness, the metal wiring layer (Cu layer) and the barrier layer (Ta layer) were measured using a sheet resistance measuring device RS75 (manufactured by KLA Tencor) calculated from the surface resistance by the four-probe method. For the rate insulating layer (SiOC (A) layer, SiOC (B) layer) and cap layer (SiO 2 layer), an optical interference type fully automatic film thickness measuring device UV1280SE (manufactured by KLA Tencor) was used.
(4−4)ブランケットウェハ研磨特性評価
上記各ブランケットウェハを使用し、金属配線層、バリア層、キャップ層および低誘電率絶縁層の各研磨速度を測定・評価した。実施例1〜11および比較例1〜6の各研磨剤を使用し、前記ブランケットウェハを用いて得られたCu層、Ta層、SiO2層、SiOC(A)層、およびSiOC(B)層の各研磨速度(単位はnm/分)を、表2に示す。また、SiOC(A)層/SiO2層の選択比、およびSiOC(B)層/SiO2層の選択比を表2に示す。
(4-4) Blanket Wafer Polishing Characteristic Evaluation Each of the above blanket wafers was used to measure and evaluate the polishing rates of the metal wiring layer, barrier layer, cap layer, and low dielectric constant insulating layer. Cu layers, Ta layers, SiO 2 layers, SiOC (A) layers, and SiOC (B) layers obtained by using the abrasives of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 6 and using the blanket wafer. Table 2 shows each polishing rate (unit: nm / min). Table 2 shows the selection ratio of SiOC (A) layer / SiO 2 layer and the selection ratio of SiOC (B) layer / SiO 2 layer.
表2の結果から、実施例1〜11で得られた研磨剤を使用した場合は、キャップ層であるSiO2層の研磨速度が大きく、低誘電率絶縁層であるSiOC(A)層およびSiOC(B)層の研磨速度が相対的に小さくなっており、SiOC(A)層/SiO2層およびSiOC(B)層/SiO2層の選択比が0.5以下と極めて小さくなっていることがわかる。したがって、このような研磨剤を使用することで、キャップ層を研磨除去した後、低誘電率絶縁層をあまり削りこまずに研磨を実行するのに特に好適な研磨剤が得られることが理解される。 From the results shown in Table 2, when the abrasives obtained in Examples 1 to 11 were used, the polishing rate of the SiO 2 layer as the cap layer was high, and the SiOC (A) layer and SiOC as the low dielectric constant insulating layer. (B) The polishing rate of the layer is relatively small, and the selection ratio of SiOC (A) layer / SiO 2 layer and SiOC (B) layer / SiO 2 layer is extremely small, 0.5 or less. I understand. Therefore, it is understood that by using such an abrasive, after the cap layer is polished and removed, an abrasive that is particularly suitable for carrying out the polishing without significantly shaving the low dielectric constant insulating layer can be obtained. The
それに対して、比較例1および比較例2の研磨剤においては、低誘電率層研磨抑制成分である特定のアミンの代わりに、炭素数が6未満のアルキル基を有するアミンが配合されているので、低誘電率絶縁層の中でも特に誘電率の低いSiOC(B)層の研磨速度を抑制する効果が十分ではない。そのため、SiOC(B)層/SiO2層の選択比は1.0を超える値となっている。 On the other hand, in the abrasives of Comparative Example 1 and Comparative Example 2, an amine having an alkyl group having less than 6 carbon atoms is blended in place of the specific amine which is a low dielectric constant layer polishing suppressing component. In particular, the effect of suppressing the polishing rate of the SiOC (B) layer having a low dielectric constant among the low dielectric constant insulating layers is not sufficient. Therefore, the selection ratio of SiOC (B) layer / SiO 2 layer is a value exceeding 1.0.
比較例3の研磨剤では、低誘電率層研磨抑制成分である特定のアミンの代わりに、アミノ基を持たないエーテル化合物が配合されているので、低誘電率絶縁層の中でも特に誘電率の低いSiOC(B)層の研磨速度を抑制する効果が十分ではない。そのため、SiOC(B)層/SiO2層の所望の選択比(1.0以下)を実現することができない。 In the polishing agent of Comparative Example 3, an ether compound having no amino group is blended in place of the specific amine which is a low dielectric constant layer polishing inhibiting component, so that the dielectric constant is particularly low among the low dielectric constant insulating layers. The effect of suppressing the polishing rate of the SiOC (B) layer is not sufficient. Therefore, the desired selectivity (1.0 or less) of SiOC (B) layer / SiO 2 layer cannot be realized.
比較例4の研磨剤は、低誘電率層研磨抑制成分を含まないため、低誘電率絶縁層であるSiOC(B)層の研磨速度を抑制する効果が十分ではない。そのため、SiOC(B)層/SiO2層の所望の選択比(1.0以下)を実現することができない。 Since the abrasive | polishing agent of the comparative example 4 does not contain a low dielectric constant layer grinding | polishing suppression component, the effect which suppresses the grinding | polishing speed | rate of the SiOC (B) layer which is a low dielectric constant insulating layer is not enough. Therefore, the desired selectivity (1.0 or less) of SiOC (B) layer / SiO 2 layer cannot be realized.
さらに、比較例5および比較例6の研磨剤は、低誘電率層研磨抑制成分を含有せず、さらに研磨剤スラリーのpHや砥粒の会合比が好ましい範囲から外れているため、低誘電率絶縁層であるSiOC(A)層の研磨速度を抑制する効果も十分ではない。その結果、所望のSiOC(A)層/SiO2層の選択比(1.0以下)が得られていない。 Furthermore, the abrasives of Comparative Example 5 and Comparative Example 6 do not contain a low dielectric constant layer polishing inhibiting component, and further, the pH of the abrasive slurry and the association ratio of the abrasive grains are out of the preferred ranges. The effect of suppressing the polishing rate of the SiOC (A) layer, which is an insulating layer, is not sufficient. As a result, a desired SiOC (A) layer / SiO 2 layer selection ratio (1.0 or less) is not obtained.
本発明によれば、半導体集積回路装置の製造に際して埋め込み配線の平坦化などに用いる化学的機械的研磨用の研磨剤を、研磨性能に優れかつ保存安定性のよいものとして提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a polishing agent for chemical mechanical polishing that is used for planarization of embedded wiring in the manufacture of a semiconductor integrated circuit device, having excellent polishing performance and good storage stability.
1…基板、2…絶縁層、3…キャップ層、4…バリア層、5…金属配線層、6…ディッシング、7…埋め込み配線、8…エロージョン、9…グローバル部、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…研磨剤、26…研磨剤供給配管。
DESCRIPTION OF
Claims (13)
砥粒と、
酸化剤と、
保護膜形成剤と、
酸と、
炭素数6〜20のアルキル基、アリール基、アリール置換アルキル基から選ばれる炭化水素基を有するアミンと、
水と
を含有する研磨剤。 An abrasive for chemically and mechanically polishing a surface to be polished in the manufacture of a semiconductor integrated circuit device,
Abrasive grains,
An oxidizing agent,
A protective film forming agent;
Acid,
An amine having a hydrocarbon group selected from an alkyl group having 6 to 20 carbon atoms, an aryl group, and an aryl-substituted alkyl group;
An abrasive containing water.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010128116A JP2013165088A (en) | 2010-06-03 | 2010-06-03 | Polishing agent and polishing method |
PCT/JP2011/062387 WO2011152356A1 (en) | 2010-06-03 | 2011-05-30 | Polishing agent and polishing method |
TW100119459A TW201202402A (en) | 2010-06-03 | 2011-06-02 | Polishing agent and polishing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010128116A JP2013165088A (en) | 2010-06-03 | 2010-06-03 | Polishing agent and polishing method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013165088A true JP2013165088A (en) | 2013-08-22 |
Family
ID=45066723
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010128116A Withdrawn JP2013165088A (en) | 2010-06-03 | 2010-06-03 | Polishing agent and polishing method |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2013165088A (en) |
TW (1) | TW201202402A (en) |
WO (1) | WO2011152356A1 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013133198A1 (en) | 2012-03-05 | 2013-09-12 | 株式会社 フジミインコーポレーテッド | Polishing composition and method using said polishing composition to manufacture compound semiconductor substrate |
CN104152107B (en) * | 2013-05-13 | 2016-08-17 | 深圳清华大学研究院 | Ceramic material grinding agent |
WO2019239558A1 (en) * | 2018-06-14 | 2019-12-19 | オリンパス株式会社 | Light deflector and scanning laser microscope |
WO2020198102A1 (en) * | 2019-03-25 | 2020-10-01 | Cabot Microelectronics Corporation | Additives to improve particle dispersion for cmp slurry |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6217416B1 (en) * | 1998-06-26 | 2001-04-17 | Cabot Microelectronics Corporation | Chemical mechanical polishing slurry useful for copper/tantalum substrates |
US6702954B1 (en) * | 2000-10-19 | 2004-03-09 | Ferro Corporation | Chemical-mechanical polishing slurry and method |
JP5333744B2 (en) * | 2008-02-18 | 2013-11-06 | Jsr株式会社 | Chemical mechanical polishing aqueous dispersion, chemical mechanical polishing method, and chemical mechanical polishing aqueous dispersion manufacturing method |
JP2009278061A (en) * | 2008-04-16 | 2009-11-26 | Hitachi Chem Co Ltd | Polishing solution for cmp and polishing method |
-
2010
- 2010-06-03 JP JP2010128116A patent/JP2013165088A/en not_active Withdrawn
-
2011
- 2011-05-30 WO PCT/JP2011/062387 patent/WO2011152356A1/en active Application Filing
- 2011-06-02 TW TW100119459A patent/TW201202402A/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2011152356A1 (en) | 2011-12-08 |
TW201202402A (en) | 2012-01-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5327427B2 (en) | Chemical mechanical polishing aqueous dispersion preparation set, chemical mechanical polishing aqueous dispersion preparation method, chemical mechanical polishing aqueous dispersion, and chemical mechanical polishing method | |
EP1909312A1 (en) | Abrasive and process for producing semiconductor integrated-circuit unit | |
TW527660B (en) | Slurry for chemical mechanical polishing and manufacturing method of semiconductor device | |
TWI434955B (en) | Method for chemical mechanical planarization of a tungsten-containing substrate | |
JP5472585B2 (en) | Chemical mechanical polishing aqueous dispersion and chemical mechanical polishing method | |
JPWO2007029465A1 (en) | Abrasive, method for polishing surface to be polished, and method for manufacturing semiconductor integrated circuit device | |
KR20070001994A (en) | Polishing agent and polishing method | |
EP1445796A1 (en) | POLISHING COMPOUND, METHOD FOR PRODUCTION THEREOF AND POLISHING METHOD | |
US20080171441A1 (en) | Polishing compound and method for producing semiconductor integrated circuit device | |
KR20050042038A (en) | Polishing fluid and polishing method | |
KR20100015627A (en) | Polishing agent composition and method for manufacturing semiconductor integrated circuit device | |
WO2017114309A1 (en) | Chemical mechanical polishing slurry and application thereof | |
CN109531282B (en) | Chemical mechanical polishing method for cobalt | |
JP5333744B2 (en) | Chemical mechanical polishing aqueous dispersion, chemical mechanical polishing method, and chemical mechanical polishing aqueous dispersion manufacturing method | |
JP2008124377A (en) | Aqueous dispersant for chemical-mechanical polishing, chemical-mechanical polishing method, and kit for preparing aqueous dispersant for chemical-mechanical polishing | |
WO2011152356A1 (en) | Polishing agent and polishing method | |
JP4719204B2 (en) | Chemical mechanical polishing slurry and semiconductor device manufacturing method | |
JP2010010717A (en) | Abrasive agent and polishing method | |
JP2010161201A (en) | Chemical mechanical polishing aqueous dispersion, chemical mechanical polishing method using the same, and method of manufacturing chemical mechanical polishing aqueous dispersion | |
JP2010041027A (en) | Aqueous dispersion for chemical mechanical polishing and method of manufacturing the same, and chemical mechanical polishing method | |
JP2009272418A (en) | Abrasive composition, and method of manufacturing semiconductor integrated circuit device | |
JP5333743B2 (en) | Chemical mechanical polishing aqueous dispersion, method for producing the same, and chemical mechanical polishing method | |
JP2013065858A (en) | Aqueous dispersing element for chemical mechanical polishing, chemical mechanical polishing method, and kit for preparing aqueous dispersing element for chemical mechanical polishing | |
JP5333742B2 (en) | Chemical mechanical polishing aqueous dispersion, method for producing the same, and chemical mechanical polishing method | |
JP2010041024A (en) | Aqueous dispersion for chemical mechanical polishing and chemical mechanical polishing method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20130903 |