JP2000299320A - Wiring formation method - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 スクラッチやはがれ、ディシング、エロージ
ョンを抑制し、且つ研磨残りなく金属配線を形成する技
術を提供する。
【解決手段】 過酸化水素と芳香族ニトロ化合物を含む
水溶液で研磨もしくはエッチングする。
(57) [Problem] To provide a technology for suppressing scratches, peeling, dishing and erosion, and forming a metal wiring without polishing residue. SOLUTION: Polishing or etching is performed with an aqueous solution containing hydrogen peroxide and an aromatic nitro compound.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は配線形成方法に関
し、特に半導体装置の埋め込み配線形成方法に関する。The present invention relates to a method for forming a wiring, and more particularly to a method for forming a buried wiring of a semiconductor device.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、半導体集積回路(以下LSIと記
す)の高集積化、高性能化に伴って新たな微細加工技術
が開発されている。化学機械研磨(以下CMPと記す)
法もその一つであり、LSI製造工程、特に多層配線形
成工程における層間絶縁膜の平坦化、金属プラグ形成、
埋め込み配線形成において頻繁に利用される技術であ
る。この技術は、例えば米国特許No.4944836
に開示されている。2. Description of the Related Art In recent years, a new fine processing technology has been developed in accordance with high integration and high performance of a semiconductor integrated circuit (hereinafter, referred to as LSI). Chemical mechanical polishing (hereinafter referred to as CMP)
The method is one of them. For example, in an LSI manufacturing process, particularly, in a multilayer wiring forming process, an interlayer insulating film is flattened, a metal plug is formed,
This is a technique frequently used in the formation of embedded wiring. This technique is disclosed, for example, in US Pat. 4944836
Is disclosed.
【0003】また、最近はLSIの高速性能化を達成す
るために、配線材料を従来のアルミニウム合金から低抵
抗の銅合金を利用しようとすることが試みられている。
しかし、銅合金はアルミニウム合金配線の形成で頻繁に
用いられたドライエッチング法による微細加工が困難で
ある。そこで、溝加工の施された絶縁膜上に銅合金薄膜
を堆積し、溝内に埋め込まれた部分以外の銅合金薄膜を
CMPにより除去して埋め込み配線を形成する、いわゆ
るダマシン法が主に採用されている。この技術は、例え
ば特開平2−278822号公報に開示されている。Recently, in order to achieve high-speed performance of LSI, it has been attempted to use a low-resistance copper alloy from a conventional aluminum alloy as a wiring material.
However, it is difficult to finely process a copper alloy by a dry etching method frequently used for forming an aluminum alloy wiring. Therefore, the so-called damascene method of depositing a copper alloy thin film on the grooved insulating film and removing the copper alloy thin film other than the portion buried in the groove by CMP to form a buried wiring is mainly adopted. Have been. This technique is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-278822.
【0004】絶縁膜と銅合金薄膜との間には接着性向上
と銅拡散バリアの目的から、数10nm程度の厚さのT
iN膜、Ta膜もしくはTaN膜等のバリア膜を挿入す
ることが一般的となっている。配線抵抗低減の目的か
ら、これらバリア膜の膜厚はできるだけ薄い方が望まし
い。[0004] The T film having a thickness of about several tens nm is provided between the insulating film and the copper alloy thin film for the purpose of improving the adhesion and the copper diffusion barrier.
It is common to insert a barrier film such as an iN film, a Ta film, or a TaN film. For the purpose of reducing the wiring resistance, it is desirable that the thickness of these barrier films be as small as possible.
【0005】配線に用いられる銅合金等の金属膜のCM
Pに用いられる研磨液は、固体砥粒と酸化剤を主成分と
するものが一般的である。酸化剤の酸化作用で金属表面
を酸化しながら、固体砥粒によってその酸化物を機械的
に除去するのが基本的なCMPのメカニズムである。こ
れに関しては、株式会社サイエンスフォーラム発行、柏
木正弘編集「CMPのサイエンス」1997年8月20
日発行の第299頁に開示されている。CM of metal film such as copper alloy used for wiring
The polishing liquid used for P is generally one containing solid abrasive grains and an oxidizing agent as main components. The basic mechanism of CMP is to mechanically remove the oxide by solid abrasive grains while oxidizing the metal surface by the oxidizing action of the oxidizing agent. Regarding this, Science Forum Co., Ltd., edited by Masahiro Kashiwagi, "Science of CMP," August 20, 1997.
It is disclosed on page 299 of the Japanese publication.
【0006】固体砥粒としては、数10〜数100nm
の粒子径を持つアルミナ砥粒やシリカ砥粒が知られてい
るが、一般に市販されている金属研磨用の固体砥粒の多
くは前者である。As a solid abrasive, several tens to several hundreds of nm
Alumina abrasive grains and silica abrasive grains having a particle diameter of are known, but most of the commercially available solid abrasive grains for metal polishing are the former.
【0007】酸化剤としては、過酸化水素(H2O2)、
硝酸第二鉄(Fe(NO3)3)、過ヨウ素酸カリウム
(KIO3)が一般に用いられており、これらは例え
ば、上記の「CMPのサイエンス」の第299頁から第
300頁に開示されている。これらの中でも過酸化水素
が金属イオンを含まないことから、最近では頻繁に用い
られるようになってきた。As the oxidizing agent, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ),
Ferric nitrate (Fe (NO 3 ) 3 ) and potassium periodate (KIO 3 ) are commonly used and are disclosed, for example, in the above-mentioned "Science of CMP", pp. 299-300. ing. Among them, hydrogen peroxide has recently been frequently used because it does not contain metal ions.
【0008】一般的に、これら従来の研磨液を用いて埋
め込み銅配線を形成する際、バリア膜のTiN膜も銅用
の研磨液で同時に研磨されることが多い。In general, when a buried copper wiring is formed using these conventional polishing liquids, the TiN film as a barrier film is often polished simultaneously with the polishing liquid for copper.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
金属膜研磨用の固体砥粒を主成分として含む研磨液を用
いてCMPにより配線及びプラグを形成する場合、以下
の(1)〜(7)に挙げる問題があった。However, when a wiring and a plug are formed by CMP using a conventional polishing liquid mainly containing solid abrasive grains for metal film polishing, the following (1) to (7) There were problems listed below.
【0010】(1)絶縁膜に形成された溝の内部に埋め
込まれる金属配線の表面中央部分が周辺部分よりも過剰
に研磨されて凹む現象(以後ディシングと記す)や配線
部周囲の絶縁膜表面が研磨される現象(以後エロージョ
ンと記す)が発生する。ディシングやエロージョンは金
属部分の面積が広い電極パッド(0.1mm角程度の面
積)や密集配線パターンで顕著な問題となる。これら
は、ジャーナルオブ・エレクトロケミカル・ソサエテイ
第141巻第10号、1994年10月、第2842頁
〜第2848頁(J.Electrochem.So
c.Vol.141,No.10,October 1
994,p.2842〜p.2848)に記載されてい
る。(1) A phenomenon in which a central portion of a surface of a metal wiring buried in a groove formed in an insulating film is excessively polished and dented from a peripheral portion (hereinafter referred to as dishing), and a surface of an insulating film around a wiring portion. (Hereinafter referred to as erosion) occurs. Dicing or erosion is a significant problem in electrode pads having a large metal area (area of about 0.1 mm square) or dense wiring patterns. These are described in Journal of Electrochemical Society, Vol. 141, No. 10, October 1994, pp. 2842 to 2848 (J. Electrochem. So.
c. Vol. 141, No. 10, October 1
994, p. 2842-p. 2848).
【0011】(2)研磨用の固体砥粒によりスクラッチ
(研磨傷)が発生する。配線用金属膜の表面だけでなく
CMPによって露出した絶縁膜の表面にもスクラッチが
発生する。(2) Scratches (polishing scratches) are caused by the solid abrasive grains for polishing. Scratch occurs not only on the surface of the wiring metal film but also on the surface of the insulating film exposed by the CMP.
【0012】(3)CMPを行うと研磨砥粒と金属膜表
面の間に高い摩擦力が生じるため、金属膜と下地絶縁層
との間や、下地絶縁層内の塗布ガラス(SOG;Spin O
n Glass)と化学気相蒸着(以下CVDという)酸化膜
の間ではがれが発生する場合がある。(3) Since a high frictional force is generated between the polishing abrasive grains and the surface of the metal film when the CMP is performed, the coated glass (SOG; Spin Og) between the metal film and the base insulating layer or in the base insulating layer.
Separation may occur between the n-glass) and the chemical vapor deposition (hereinafter referred to as CVD) oxide film.
【0013】(4)CMP直後のウエハ表面には研磨砥
粒が多数残留するために、次工程を行う前に洗浄を行
い、規定値以下(例えば0.2マイクロメートル以上の
異物数がウエハ当たり100個以下)まで異物数を取り
除かなければならない。このためには化学的な洗浄だけ
でなく機械的な洗浄を併用する洗浄機を必要とした。(4) Since a large number of abrasive grains remain on the wafer surface immediately after the CMP, cleaning is performed before performing the next step, and the number of foreign particles having a size less than a specified value (for example, 0.2 μm or more per wafer) The number of foreign substances must be removed up to 100). For this purpose, a cleaning machine that uses not only chemical cleaning but also mechanical cleaning is required.
【0014】一般的には、薬液を併用したブラシ洗浄と
メガソニック洗浄が行われている。ブラシ材料は金属膜
表面を傷つけない特殊な材料でなくてはならず、薬液と
しては例えば水酸化アンモニウムやフッ酸水溶液等が用
いられる。以上のようなCMP後洗浄プロセスの例とし
ては、例えば「月刊セミコンダクタワールド(Semi
conductor World)」1995年5月号
の172頁に開示されている。Generally, brush cleaning and megasonic cleaning using a chemical solution are performed. The brush material must be a special material that does not damage the surface of the metal film, and, for example, ammonium hydroxide or hydrofluoric acid aqueous solution is used as the chemical solution. As an example of the post-CMP cleaning process as described above, for example, “Semiconductor World (Semi)
conductor World), May 1995, page 172.
【0015】(5)研磨液のコストが高い。これは砥粒
の製造コストが高く、粒子サイズを揃えるためにも極め
て注意を要するからである。特にアルミナ砥粒はシリカ
砥粒に比べて数倍高価である。CMPプロセスのコスト
に関しては、例えばリアライズ社最新技術講座1996
年5月「CMP装置と関連材料の最新動向とその問題
点」に記載されている。(5) The cost of the polishing liquid is high. This is because the production cost of the abrasive grains is high, and extreme care must be taken to make the grain sizes uniform. In particular, alumina abrasive grains are several times more expensive than silica abrasive grains. Regarding the cost of the CMP process, for example, Realize latest technology course 1996
May 2005, "Latest trends in CMP equipment and related materials and their problems".
【0016】(6)CMP関連装置及び設備の問題とし
て、上記のCMP装置や後洗浄装置以外にも研磨剤供給
装置、研磨剤を含む廃液の処理装置が必要となり、CM
P設備全体にかかるコストが非常に高いものになってい
た。研磨剤供給装置では砥粒の沈殿を防止するための攪
拌装置も必要とし、配管内にも沈殿しないように常に研
磨剤を循環するような機構も必要とした。その廃液処理
コストも高く、再利用技術も必要とされている。(6) As a problem of the CMP-related apparatus and equipment, in addition to the above-mentioned CMP apparatus and post-cleaning apparatus, an abrasive supply apparatus and a processing apparatus for a waste liquid containing an abrasive are required.
The cost for the entire P facility was very high. The polishing agent supply device also requires a stirring device to prevent the sedimentation of the abrasive grains, and also requires a mechanism for constantly circulating the polishing agent so as not to settle in the piping. The waste liquid treatment cost is high, and recycling technology is also required.
【0017】(7)CMP装置は発塵の原因となる研磨
砥粒を多量に使用しているにもかかわらず、クリーンル
ーム内に設置しなければならないという問題がある。C
MP装置に排気ダクト等の発塵を抑制する機構を設け、
クリーンルーム内に特別の部屋を設置するなどしてクリ
ーン度を維持する必要があり、そのためのコストもかか
る。(7) The CMP apparatus has a problem that it must be installed in a clean room despite using a large amount of abrasive grains that cause dust. C
A mechanism to suppress dust generation such as an exhaust duct is provided in the MP device,
It is necessary to maintain a clean degree by installing a special room in the clean room, and the cost for that is also high.
【0018】上記の問題点は全て研磨砥粒を含む研磨剤
によってCMPを行うことが原因となっている。しか
し、従来のCMPの方法では、研磨砥粒は酸化剤によっ
て形成された酸化層を速やかに除去すべく機械的除去効
果を生じさせるために必要であり、研磨砥粒を加えない
と実用的な研磨速度に達しなかった。All of the above problems are caused by performing CMP with an abrasive containing abrasive grains. However, in the conventional CMP method, the abrasive grains are necessary for producing a mechanical removal effect in order to promptly remove the oxide layer formed by the oxidizing agent. The polishing rate was not reached.
【0019】一方、砥粒を含まない研磨液によって金属
膜を研磨し、埋め込み配線構造を形成する方法がこれま
での我々の研究によって見い出された。すなわち、酸化
剤と、酸化物を水溶性化する物質と水と、必要であれば
防食性物質を含む研磨液を用いて、金属膜表面を機械的
に摩擦することにより埋め込み金属配線を形成すること
ができる。例えば、過酸化水素水とクエン酸とベンゾト
リアゾール(以下、BTAと略す。)を含む砥粒フリー
研磨液で銅配線を形成する方法がその1例である。但
し、この砥粒を含まない研磨液によって金属膜を研磨す
ることは、公知の技術ではない。従って、以下の課題
は、この度新たに見いだされた事実であり、以下の課題
も公知ではない。On the other hand, a method of forming a buried wiring structure by polishing a metal film with a polishing liquid containing no abrasive grains has been found by our research so far. That is, the buried metal wiring is formed by mechanically rubbing the surface of the metal film using an oxidizing agent, a substance that makes the oxide water-soluble, water, and, if necessary, a polishing liquid containing an anticorrosive substance. be able to. For example, one example is a method of forming a copper wiring using an abrasive-free polishing liquid containing hydrogen peroxide solution, citric acid, and benzotriazole (hereinafter, abbreviated as BTA). However, it is not a known technique to polish a metal film with a polishing liquid containing no abrasive grains. Therefore, the following problem is a newly discovered fact, and the following problem is not known.
【0020】この砥粒を含まない研磨液を用いると上記
(1)〜(7)の問題は解決されるが、バリア膜である
窒化チタン膜の研磨工程において研磨残りが発生すると
いう問題があった。研磨残りの膜厚は数ナノメートル程
度で、この膜厚ではほとんど透明であるため、研磨終了
時点で目視で判定することが難しい。また、電気抵抗で
測定することは原理的に可能であるが、配線パターンの
無いウエハでは研磨残りはほとんど発生せず、配線パタ
ーンの形成されたウエハにおいて、パターンに対応して
わずかな領域で研磨残りが発生するために、SEM(走
査型電子顕微鏡)での観察において初めてわかる問題と
なっている。The use of a polishing liquid containing no abrasive grains solves the above problems (1) to (7). However, there is a problem that polishing residues occur in the polishing step of a titanium nitride film as a barrier film. Was. The remaining film thickness of the polishing is about several nanometers, and it is almost transparent at this film thickness. In principle, it is possible to measure by electrical resistance.However, there is almost no polishing residue on a wafer without a wiring pattern. Because of the occurrence of the remainder, this is a problem that can be recognized for the first time in observation with a scanning electron microscope (SEM).
【0021】一方、チタン化合物は半導体装置以外でも
一般的に用いられている。例えば、装飾品である時計フ
リーム、時計バンド、眼鏡フレームやポンチ、金型、ド
リルの刃等の工具の装飾性や耐摩耗性を向上させるため
に、表面にイオンプレーティング法によってチタン化合
物の被膜を形成することが頻繁に行われている。これら
の製造工程において、不良品再生や工具・金型の再利用
を目的として、チタン化合物を剥離する方法が知られて
いる。例えば、特開昭59―41479号には硝酸水溶
液を加温して剥離する方法が、特開平5―112885
号、特開昭62―17190号、特開平10―2518
74号には過酸化水素を含むアルカリ性の水溶液で母材
(鉄やチタン)を侵食せずに剥離する方法が開示されて
いる。アルカリ側にする理由は、チタン化合物被膜の剥
離速度を高めるためである。これらの剥離剤は上記の装
飾品や工具を対象としており、目視で除去判定が可能な
レベルであった。なお、これらの技術は、あくまで装飾
品等を対象とするものであり、半導体装置に適用するこ
とについては全く記載がなく、本願の分野とは全く異な
るものである。On the other hand, titanium compounds are generally used for devices other than semiconductor devices. For example, in order to improve the decorativeness and wear resistance of decorative items such as watch friems, watch bands, eyeglass frames and punches, dies, drill blades, etc., the surface is coated with a titanium compound film by ion plating. Is frequently performed. In these manufacturing processes, there is known a method of removing a titanium compound for the purpose of recycling defective products and reusing tools and dies. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-41479 discloses a method in which a nitric acid aqueous solution is heated and peeled off.
JP-A-62-117190, JP-A-10-2518
No. 74 discloses a method of peeling a base material (iron or titanium) without erosion with an alkaline aqueous solution containing hydrogen peroxide. The reason for the alkali side is to increase the peeling rate of the titanium compound film. These release agents were intended for the decorative articles and tools described above, and were at a level at which removal could be visually judged. Note that these techniques are intended only for decorative articles and the like, and there is no description about application to a semiconductor device, which is completely different from the field of the present application.
【0022】これに対して、数10ナノメートルの加工
精度を必要とする半導体装置の製造プロセスでは、これ
らの剥離剤は全く用いられていなかった。そのため、従
来はナトリウムイオン(トランジスタの動作不良を引き
起こす)を含む剥離剤(NaOHや有機酸のNa塩)を
用いることが一般的であり、チタン化合物以外の配線金
属(例えば、銅やタングステン)の腐蝕を引き起こす薬
剤(例えば硝酸や、アンモニア水と過酸化水素を混合し
たもの)を用いることが多かった。また、1マイクロメ
ートル以下の厚さの銅と絶縁膜(SiO2等)を母材と
して数10ナノメートル以下の厚さの窒化チタンを除去
する方法(ダマシン法で銅配線を形成する方法)につい
ては全く知られていなかった。わずか残留量でもある
と、配線間に高電界が印加された際のショート不良とな
る。一般的にその基準は1x1010原子/cm2程度で
ある。On the other hand, in a semiconductor device manufacturing process requiring a processing accuracy of several tens of nanometers, these release agents have not been used at all. Therefore, conventionally, it is common to use a stripping agent (NaOH or Na salt of an organic acid) containing sodium ions (causing operation failure of the transistor), and to use a wiring metal (eg, copper or tungsten) other than a titanium compound. A chemical causing corrosion (for example, nitric acid or a mixture of aqueous ammonia and hydrogen peroxide) was often used. In addition, a method of removing titanium nitride having a thickness of several tens of nanometers or less using copper having a thickness of 1 micrometer or less and an insulating film (such as SiO 2 ) as a base material (a method of forming copper wiring by a damascene method). Was not known at all. If the residual amount is slight, short-circuit failure occurs when a high electric field is applied between the wirings. Generally, the standard is about 1 × 10 10 atoms / cm 2 .
【0023】本発明は係る点を鑑みてなされたものであ
り、埋め込み金属配線を形成する研磨工程において、窒
化チタン膜の研磨残りの無い研磨方法や半導体装置の製
造方法を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a method of polishing a titanium nitride film without polishing residue and a method of manufacturing a semiconductor device in a polishing step of forming an embedded metal wiring. I do.
【0024】[0024]
【課題を解決するための手段】上記目的は絶縁膜上に形
成された金属膜の少なくとも一部を除去する配線形成方
法において、過酸化水素水と芳香族ニトロ化合物を含む
研磨液を用いて金属膜表面を機械的に摩擦をかけること
により達成される。The object of the present invention is to provide a wiring forming method for removing at least a part of a metal film formed on an insulating film, the method comprising the steps of: using a polishing liquid containing an aqueous solution of hydrogen peroxide and an aromatic nitro compound; This is achieved by mechanically rubbing the membrane surface.
【0025】上記目的は絶縁膜上に形成された金属膜の
少なくとも一部を除去する配線形成方法において、過酸
化水素水と芳香族ニトロ化合物を含むエッチング液を用
いて金属膜の一部をエッチングすることにより達成され
る。An object of the present invention is to provide a wiring forming method for removing at least a part of a metal film formed on an insulating film, wherein a part of the metal film is etched using an etching solution containing a hydrogen peroxide solution and an aromatic nitro compound. It is achieved by doing.
【0026】上記研磨液及びエッチング液には、必要に
応じて金属の腐食を抑制する物質(防食性物質)を研磨
液に添加しても良い。The polishing liquid and the etching liquid may optionally contain a substance (corrosion-resistant substance) that suppresses metal corrosion.
【0027】上記研磨液及びエッチング液には、必要に
応じて有機酸もしくはその塩、無機酸もしくはその塩、
アンモニア水、アミンもしくはその塩等を添加してpH
を調整することにより、金属膜の腐食を抑制することが
できる。The polishing liquid and the etching liquid may include an organic acid or a salt thereof, an inorganic acid or a salt thereof, if necessary.
PH by adding aqueous ammonia, amine or its salt, etc.
By adjusting, corrosion of the metal film can be suppressed.
【0028】本発明の研磨液及びエッチング液中におけ
る過酸化水素は、チタンと反応してチタン・ペルオキシ
錯体を生成し、研磨及びエッチングを進行させるための
ものである。過酸化水素水の濃度は、30重量%過酸化
水素水を基準に表して、5〜80体積%、好ましくは1
0〜50体積%である。Hydrogen peroxide in the polishing solution and the etching solution of the present invention reacts with titanium to form a titanium-peroxy complex, and advances polishing and etching. The concentration of the hydrogen peroxide solution is 5 to 80% by volume, preferably 1%, based on 30% by weight of the hydrogen peroxide solution.
0 to 50% by volume.
【0029】芳香族ニトロ化合物はチタン化合物のエッ
チングを促進するための酸化剤として作用する。例え
ば、ニトロベンゼンスルホン酸、ニトロフェノールスル
ホン酸、1―ニトロナフタリン―2―スルホン酸、これ
らのスルホン酸塩等、ニトロ安息香酸、4―クロル―3
―ニトロ安息香酸、ニトロフタル酸、イソニトロフタル
酸、ニトロテレフタル酸、3―ニトロサリチル酸、3,
5―ジニトロサリチル酸、ピクリン酸、アミノニトロ安
息香酸、ニトロ―1―ナフトエ酸、これらのカルボン酸
塩等が挙げられる。前述の塩としては、ナトリウム塩、
カリウム塩、アンモニウム塩等が挙げられるが、半導体
装置を対象として用いる薬品としてはアンモニウム塩が
最も望ましい。その次にカリウム塩が半導体装置内の拡
散係数が小さいので望ましい。これら薬剤は単独でまた
は2種以上組み合わせて使用することができる。これら
芳香族ニトロ化合物の中で、ニトロベンゼンスルホン酸
及びその塩は、TiNの研磨及びエッチングに対して研
磨速度及びエッチング速度が最も高いので望ましい。芳
香族ニトロ化合物は、本発明の研磨液及びエッチング液
中に0.1〜30重量%、好ましくは1〜20重量%の
濃度で用いることができる。The aromatic nitro compound acts as an oxidizing agent for promoting the etching of the titanium compound. For example, nitrobenzenesulfonic acid, nitrophenolsulfonic acid, 1-nitronaphthalene-2-sulfonic acid, sulfonic acid salts thereof, nitrobenzoic acid, 4-chloro-3
-Nitrobenzoic acid, nitrophthalic acid, isonitrophthalic acid, nitroterephthalic acid, 3-nitrosalicylic acid, 3,
Examples thereof include 5-dinitrosalicylic acid, picric acid, aminonitrobenzoic acid, nitro-1-naphthoic acid, and carboxylate salts thereof. As the aforementioned salt, a sodium salt,
Potassium salts, ammonium salts and the like can be mentioned, but ammonium salts are most desirable as chemicals used for semiconductor devices. Next, a potassium salt is desirable because of its low diffusion coefficient in the semiconductor device. These agents can be used alone or in combination of two or more. Of these aromatic nitro compounds, nitrobenzenesulfonic acid and its salts are desirable because they have the highest polishing and etching rates for polishing and etching of TiN. The aromatic nitro compound can be used in the polishing liquid and the etching liquid of the present invention at a concentration of 0.1 to 30% by weight, preferably 1 to 20% by weight.
【0030】研磨もしくはエッチング対象以外の金属膜
の過剰な酸化やエッチングを抑制する物質としては防食
性物質が有効である。特に銅合金の防食性物質としては
ベンゾトリアゾール(以下BTAと記す)が最も効果が
大きい。他に実用上使えるものとしては、トリルトリア
ゾール(以下TTAと記す)、BTAカルボン酸(以下
BTA−COOHと記す)等のBTAの誘導体、シスチ
ン、ハロ酢酸、グルコース、ドデシルメルカプタン、キ
ナルジン酸等も防食効果がある。As a substance that suppresses excessive oxidation or etching of a metal film other than the object to be polished or etched, an anticorrosive substance is effective. In particular, benzotriazole (hereinafter referred to as BTA) is the most effective as a corrosion-resistant substance for copper alloys. Other practically usable substances include tolyltriazole (hereinafter referred to as TTA), derivatives of BTA such as BTA carboxylic acid (hereinafter referred to as BTA-COOH), cystine, haloacetic acid, glucose, dodecyl mercaptan, and quinaldic acid. effective.
【0031】また、界面活性剤や増粘剤も母材の腐蝕を
抑制する効果があり、銅合金やタングステンに対して適
用できる。例えば、ポリアクリル酸、ポリメタクリル
酸、及びこれらのアンモニウム塩、トリエタノールアミ
ン塩、モノエタノールアミン塩、トリエチルアミン塩、
ジイソプロパノールアミン塩等が挙げられ、分子量が1
0000以上、もしくは粘性率(粘度)が1重量%水溶
液の状態で100cP以上であるものが望ましい。特
に、架橋型ポリアクリル酸もしくはその塩を用いること
により高い研磨速度が得られる。これらのポリマーは複
数の種類を組み合わせて用いても良い。また、共重合ポ
リマーにしても良い。特にタングステンやモリブデンの
腐蝕を抑制するためには、ポリリン酸塩が効果がある。
例えば、ピロリン酸、トリポリリン酸、テトラポリリン
酸の塩がある。Further, a surfactant and a thickener also have an effect of suppressing corrosion of the base material, and can be applied to copper alloy and tungsten. For example, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, and ammonium salts thereof, triethanolamine salts, monoethanolamine salts, triethylamine salts,
Diisopropanolamine salts, etc., having a molecular weight of 1
Desirably, the viscosity is not less than 0000 or 100 cP or more in the state of a 1% by weight aqueous solution. In particular, a high polishing rate can be obtained by using cross-linked polyacrylic acid or a salt thereof. These polymers may be used in combination of a plurality of types. Further, a copolymer may be used. In particular, polyphosphate is effective for suppressing corrosion of tungsten and molybdenum.
For example, there are salts of pyrophosphoric acid, tripolyphosphoric acid and tetrapolyphosphoric acid.
【0032】本発明の研磨(もしくはエッチング)液
は、芳香族ニトロ化合物の選択により広いpHを有する
ことができるが、必要ならばpH調整剤を添加すること
により任意の好適な範囲に調整することも可能である。
このようなpH調整剤としては、有機酸(クエン酸、リ
ンゴ酸、マロン酸、コハク酸、酒石酸、フタル酸、マレ
イン酸、フマル酸、乳酸、ピメリン酸、アジピン酸、グ
ルタル酸、シュウ酸、サリチル酸、グルコール酸、グル
コン酸、安息香酸などのヒドロキシ酸やギ酸、酢酸、プ
ロピオン酸、酪酸、吉草酸、チオグリコール酸などのカ
ルボン酸)もしくはその塩(アンモニウム塩が金属汚染
が無い為に最も望ましい)、硝酸や硫酸等の無機酸もし
くはその塩、アンモニア、アミン(モノメチルアミン、
ジメチルアミン、モノエタノールアミン、トリエタノー
ルアミン等)、アミン塩(EDTA塩等)等が挙げられ
る。pH調整剤は、研磨(もしくはエッチング)を対象
とする金属(例えばTiN)以外の金属(例えば銅)の
腐蝕を抑制することを目的にpHを調整することができ
る。The polishing (or etching) solution of the present invention can have a wide pH by selecting an aromatic nitro compound, but if necessary, it can be adjusted to any suitable range by adding a pH adjuster. Is also possible.
Such pH adjusters include organic acids (citric acid, malic acid, malonic acid, succinic acid, tartaric acid, phthalic acid, maleic acid, fumaric acid, lactic acid, pimelic acid, adipic acid, glutaric acid, oxalic acid, salicylic acid) , Hydroxy acids such as glycolic acid, gluconic acid, and benzoic acid; and carboxylic acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, and thioglycolic acid) or salts thereof (ammonium salts are most preferable because there is no metal contamination). , Nitric acid, sulfuric acid and other inorganic acids or their salts, ammonia, amines (monomethylamine,
Dimethylamine, monoethanolamine, triethanolamine, etc.), and amine salts (EDTA salts, etc.). The pH adjuster can adjust the pH for the purpose of suppressing corrosion of a metal (for example, copper) other than a metal (for example, TiN) intended for polishing (or etching).
【0033】但し、研磨(もしくはエッチング)液のp
Hが8より小さくなると過酸化水素の分解が少なく酸化
力が弱くなり、研磨(もしくはエッチング)速度が遅く
なる。pHが13より大きくなると研磨(もしくはエッ
チング)速度は速くなるが、過酸化水素の分解が多くな
り、研磨(もしくはエッチング)液の寿命が短くなる。
これを抑制するためには、EDTA等のキレート剤を添
加すれば良い。However, the polishing (or etching) liquid p
If H is less than 8, the decomposition of hydrogen peroxide is small, the oxidizing power is weakened, and the polishing (or etching) speed is reduced. When the pH is higher than 13, the polishing (or etching) rate is increased, but the decomposition of hydrogen peroxide is increased, and the life of the polishing (or etching) liquid is shortened.
In order to suppress this, a chelating agent such as EDTA may be added.
【0034】研磨砥粒に関しては、アルミナ砥粒やシリ
カ砥粒が本発明の研磨液に含まれていると研磨速度を増
加する効果が期待できる。但し、上に記載した問題点
(1)〜(7)が発生するため、このような問題点が障
害にならない場合には適用できる。With respect to the polishing abrasive grains, an effect of increasing the polishing rate can be expected when alumina abrasive grains or silica abrasive grains are contained in the polishing liquid of the present invention. However, since the problems (1) to (7) described above occur, the present invention can be applied when such problems do not become obstacles.
【0035】なお、研磨する金属膜としては、Ti、T
iN等のTi合金、Ta、TaN、W等に適用できる。
特にTiNは研磨速度が高く、本発明の対象金属として
最も適している。TiN膜を銅埋め込み配線のバリア膜
として用いている場合に、絶縁膜上のTiN膜のみを除
去し、銅膜と銅膜周囲のTiN膜を残すことが可能であ
る。The metal film to be polished is Ti, T
Applicable to Ti alloy such as iN, Ta, TaN, W, etc.
Particularly, TiN has a high polishing rate and is most suitable as the target metal of the present invention. When the TiN film is used as a barrier film of the copper embedded wiring, it is possible to remove only the TiN film on the insulating film and leave the copper film and the TiN film around the copper film.
【0036】なお、本発明の研磨液を他の金属の研磨液
と混合して2種以上の金属膜を同時に研磨することも可
能である。例えば、銅の研磨液に混合し、銅の研磨とT
iNの研磨を同時に行うことも可能である。It is also possible to mix the polishing liquid of the present invention with a polishing liquid of another metal to polish two or more metal films at the same time. For example, mixing with a copper polishing liquid,
It is also possible to simultaneously perform iN polishing.
【0037】[0037]
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を用いて具体
的に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
【0038】(実施例1)本実施例ではCuとTiNの
CMPを行うことによってCu/TiN積層埋め込み配
線を形成する方法について説明する。図1は本発明の実
施例において使用するCMP装置を示す概略図である。
研磨布17が貼り付けられた定盤11の上をバッキン
グパッド18によってウエハ14を支持したホルダ12
が回転してCMPを行う構造になっている。CMP中に
ウエハがはずれないようにリテーナリング13が設けら
れている。CMP装置は研磨定盤11を2つ搭載してお
り(図1では省略している)、第一の定盤がCuの研磨
用、第二の定盤がTiNの研磨用となっている。CMP
中における研磨荷重はホルダ12の上に重りを載せて調
節した。標準的な研磨荷重は220g/cm2、定盤の
回転数は60rpm、ホルダの回転数は40rpmとし
た。なお、研磨荷重や回転数はこれに限られるものでは
ない。研磨布はロデール社製の硬質布IC1000(発
泡ポリウレタン製)を用いた。(Embodiment 1) In this embodiment, a method of forming a Cu / TiN laminated embedded wiring by performing CMP of Cu and TiN will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing a CMP apparatus used in an embodiment of the present invention.
A holder 12 supporting a wafer 14 by a backing pad 18 on a surface plate 11 on which a polishing cloth 17 is stuck.
Rotate to perform CMP. A retainer ring 13 is provided so that the wafer does not come off during the CMP. The CMP apparatus is equipped with two polishing plates 11 (omitted in FIG. 1). The first plate is for polishing Cu, and the second plate is for polishing TiN. CMP
The polishing load in the inside was adjusted by placing a weight on the holder 12. The standard polishing load was 220 g / cm 2 , the rotation speed of the platen was 60 rpm, and the rotation speed of the holder was 40 rpm. The polishing load and the number of rotations are not limited to these. Hard cloth IC1000 (made of foamed polyurethane) manufactured by Rodale was used as the polishing cloth.
【0039】本発明の研磨液は定盤11上に設けられた
第1の供給口15から研磨布上に約100cc/分の速
度で滴下してCMPを行う。CMPが終了した段階で第
1の供給口15を閉じて研磨液の供給を停止し、第2の
供給口16から純水を約3000cc/分の速度で供給
してリンスを15〜30秒間行う。第二の定盤において
も同様である。その後ウエハを乾燥しないような状態で
保持し、ブラシスクラブ洗浄により研磨液を除去した
後、ウエハを乾燥させる。The polishing liquid of the present invention is dropped from the first supply port 15 provided on the surface plate 11 onto the polishing cloth at a rate of about 100 cc / min to perform CMP. When the CMP is completed, the first supply port 15 is closed to stop the supply of the polishing liquid, and pure water is supplied from the second supply port 16 at a speed of about 3000 cc / min to perform rinsing for 15 to 30 seconds. . The same applies to the second platen. Thereafter, the wafer is held in a state where it does not dry, and after the polishing liquid is removed by brush scrub cleaning, the wafer is dried.
【0040】まず、配線パターンが形成されていないウ
エハを用いて本発明の研磨液の研磨特性を調べた。試料
はシリコンウエハ上に厚さ200nmのシリコン酸化膜
を形成した後、厚さ200nmのTiN膜をスパッタリ
ング法によって成膜したものと、それとは別に厚さ50
nmのTiN膜と厚さ800nmのCu膜をそれぞれス
パッタリング法によって真空中で連続成膜したものであ
る。前者がTiNの研磨特性評価用、後者がCuの研磨
特性評価用である。ウエハ直径は5インチである。研磨
速度とエッチング速度は電気抵抗の変化から換算して求
めた。エッチング速度とは研磨液中に試料を浸した際に
金属膜表面がエッチングされる速度であり、Cu膜のC
MP中に過剰にCuやTiNのエッチングが進行すると
配線構造が形成されないため、できるだけ低い方が望ま
しい。TiNのCMP中にもCuはエッチングされては
ならない。First, the polishing characteristics of the polishing liquid of the present invention were examined using a wafer on which no wiring pattern was formed. The sample was formed by forming a 200 nm thick silicon oxide film on a silicon wafer and then forming a 200 nm thick TiN film by a sputtering method.
A TiN film having a thickness of 800 nm and a Cu film having a thickness of 800 nm were continuously formed in a vacuum by a sputtering method. The former is for evaluating the polishing characteristics of TiN, and the latter is for evaluating the polishing characteristics of Cu. The wafer diameter is 5 inches. The polishing rate and the etching rate were obtained by conversion from changes in electric resistance. The etching rate is the rate at which the surface of the metal film is etched when the sample is immersed in the polishing liquid,
If the etching of Cu or TiN proceeds excessively during MP, a wiring structure is not formed. Cu must not be etched during CMP of TiN.
【0041】本実施例で用いたCu用の研磨液は過酸化
水素水(市販の30%H2O2水溶液)とクエン酸と、ベ
ンゾトリアゾールから構成された水溶液である。組成は
過酸化水素水は30体積%、クエン酸は0.15重量
%、ベンゾトリアゾールは0.1重量%である。The polishing liquid for Cu used in this embodiment is an aqueous solution composed of aqueous hydrogen peroxide (a commercially available 30% H 2 O 2 aqueous solution), citric acid, and benzotriazole. The composition was 30% by volume of aqueous hydrogen peroxide, 0.15% by weight of citric acid, and 0.1% by weight of benzotriazole.
【0042】本実施例で用いたTiN用の研磨液は過酸
化水素水(市販の30%H2O2水溶液)とニトロベンゼ
ンスルホン酸から構成された水溶液である。組成は過酸
化水素水は20体積%、ニトロベンゼンスルホン酸は1
0重量%である。The polishing liquid for TiN used in this embodiment is an aqueous solution composed of aqueous hydrogen peroxide (a commercially available 30% H 2 O 2 aqueous solution) and nitrobenzenesulfonic acid. The composition was 20% by volume of aqueous hydrogen peroxide and 1% of nitrobenzenesulfonic acid.
0% by weight.
【0043】これらの研磨液を用いて研磨速度を調べた
結果、Cu研磨液によるCuの研磨速度は100nm/
分、エッチング速度は1nm/分であった。 Cu研磨
液によるTiNの研磨速度は10nm/分(但し研磨残
りが発生する)、 TiNのエッチング速度は1nm/
分以下であった。一方、TiN研磨液によるTiNの研
磨速度は50nm/分であった。また、TiN研磨液に
よるCuの研磨速度とエッチング速度はいずれも1nm
/分であった。As a result of examining the polishing rate using these polishing liquids, the polishing rate of Cu by the Cu polishing liquid was 100 nm /
Min and the etching rate were 1 nm / min. The polishing rate of TiN by the Cu polishing liquid is 10 nm / min (however, polishing residue occurs), and the etching rate of TiN is 1 nm / min.
Minutes or less. On the other hand, the polishing rate of TiN with the TiN polishing liquid was 50 nm / min. In addition, both the polishing rate and the etching rate of Cu by the TiN polishing liquid are 1 nm.
/ Min.
【0044】埋め込みCu/TiN積層配線を形成する
試料の研磨前の断面構造の例を図2(a)に示す。不純
物ドープ層や絶縁膜が形成されたシリコン基板25上に
厚さ500nmのBPSG膜(ホウ素とリンが添加され
たシリコン酸化膜)24と厚さ500nmのシリコン酸
化膜23を成膜し、リソグラフィ工程及びドライエッチ
工程によって深さ500nmの配線用の溝パターンをシ
リコン酸化膜23内に形成した。その上にバリア膜とし
て厚さ50nmのTiN層22を成膜した後に厚さ80
0nmのCu薄膜21をスパッタリング法により真空中
で連続成膜した。Cuのスパッタではロングスロー方式
により段差被覆性を上げている。さらに段差被覆性を良
くするためにスパッタ装置内で摂氏450度で3分間の
真空熱処理を行った。シリコン基板25にはソース、ド
レイン等の不純物ドープ層が形成されているが、ここで
は省略して記載していない。FIG. 2A shows an example of a cross-sectional structure of a sample for forming a buried Cu / TiN laminated wiring before polishing. A 500 nm thick BPSG film (a silicon oxide film to which boron and phosphorus are added) 24 and a 500 nm thick silicon oxide film 23 are formed on a silicon substrate 25 on which an impurity doped layer and an insulating film are formed, and a lithography process is performed. Then, a trench pattern for wiring having a depth of 500 nm was formed in the silicon oxide film 23 by a dry etching process. After forming a 50 nm thick TiN layer 22 thereon as a barrier film,
A Cu thin film 21 having a thickness of 0 nm was continuously formed in a vacuum by a sputtering method. In Cu sputtering, the step coverage is improved by a long throw method. Further, in order to improve the step coverage, a vacuum heat treatment was performed at 450 ° C. for 3 minutes in a sputtering apparatus. Although impurity doped layers such as a source and a drain are formed on the silicon substrate 25, they are not described here.
【0045】この試料を、前述のCu用の研磨液とTi
N用の研磨液で2段CMPを行った結果、図2(b)及
び(c)のように、ディシングやエロージョンが約50
nm以下となる形状に加工することができた。はがれも
発生しなかった。SEMで研磨面を観察した結果、Ti
Nの研磨残りは全くなかった。This sample was mixed with the aforementioned polishing liquid for Cu and Ti
As a result of performing two-step CMP with the N polishing liquid, as shown in FIGS. 2B and 2C, dishing and erosion were reduced to about 50%.
It could be processed into a shape of less than nm. No peeling occurred. Observation of the polished surface by SEM revealed that Ti
There was no N polishing residue.
【0046】形成されたCu/TiN積層配線の電気抵
抗率を測定した結果、TiN層の部分も含めて1.9マ
イクロオームセンチメートルの値を得た。また、蛇行配
線(配線幅0.3マイクロメートルから3マイクロメー
トル、長さ40mm)や櫛形配線(配線間隔0.3マイ
クロメートルから3マイクロメートル、長さ40mm)
を用いて導通/絶縁試験を行った結果、ほぼ100%の
歩留まりが得られた。LSIの動作も正常であることが
わかった。As a result of measuring the electric resistivity of the formed Cu / TiN laminated wiring, a value of 1.9 micro ohm centimeter including the portion of the TiN layer was obtained. In addition, meandering wiring (wiring width of 0.3 μm to 3 μm, length 40 mm) and comb-shaped wiring (wiring interval of 0.3 μm to 3 μm, length of 40 mm)
As a result, a continuity / insulation test was performed, and almost 100% yield was obtained. The operation of the LSI was also found to be normal.
【0047】本発明のTiN用の研磨液にさらにベンゾ
トリアゾールを添加するとCuのエッチング速度を低減
し、表面荒れを抑制することが可能になる。例えば、
0.01重量%のベンゾトリアゾールを添加すると、エ
ッチング速度を0.5nm/分まで抑制できる。勿論こ
の研磨液を用いても、図2(b)及び(c)のように、
ディシングやエロージョンが約50nm以下となる形状
に加工することができた。 LSIの動作も正常であ
る。When benzotriazole is further added to the polishing solution for TiN of the present invention, the etching rate of Cu can be reduced and the surface roughness can be suppressed. For example,
When 0.01% by weight of benzotriazole is added, the etching rate can be suppressed to 0.5 nm / min. Of course, even if this polishing liquid is used, as shown in FIGS. 2B and 2C,
It could be processed into a shape with dishing and erosion of about 50 nm or less. The operation of the LSI is also normal.
【0048】(実施例2)本実施例では、Cu膜をCM
Pで除去し、TiNをエッチングで除去する方法につい
て説明する。Cu用の研磨液として過酸化水素水(市販
の30%H2O2水溶液)とリンゴ酸とポリアクリル酸ア
ンモニウム塩から構成された水溶液を用いた。組成は過
酸化水素水は30体積%、リンゴ酸は0.15重量%、
ポリアクリル酸アンモニウム塩は0.1重量%である。(Embodiment 2) In this embodiment, a Cu film is
A method of removing Ti by etching and removing TiN by etching will be described. A hydrogen peroxide solution (a commercially available 30% H 2 O 2 aqueous solution) and an aqueous solution composed of malic acid and ammonium polyacrylate were used as the polishing liquid for Cu. The composition is 30% by volume of aqueous hydrogen peroxide, 0.15% by weight of malic acid,
The ammonium polyacrylate is 0.1% by weight.
【0049】TiN用のエッチング液は過酸化水素水
(市販の30%H2O2水溶液)とニトロベンゼンスルホ
ン酸アンモニウム塩とモノエタノールアミンから構成さ
れた水溶液である。組成は過酸化水素水は20体積%、
ニトロベンゼンスルホン酸アンモニウム塩は5重量%、
モノエタノールアミンは1重量%である。The etching solution for TiN is an aqueous solution composed of aqueous hydrogen peroxide (a commercially available 30% H 2 O 2 aqueous solution), ammonium nitrobenzenesulfonate, and monoethanolamine. The composition is 20% by volume of hydrogen peroxide solution,
5% by weight ammonium nitrobenzenesulfonate,
Monoethanolamine is 1% by weight.
【0050】これらの研磨液とエッチング液を用いて研
磨速度を調べた結果、Cu研磨液によるCuの研磨速度
は120nm/分、エッチング速度は1nm/分であっ
た。Cu研磨液によるTiNの研磨速度は10nm/分
(但し研磨残りが発生する)、エッチング速度は1nm
/分以下であった。一方、TiNエッチング液によるT
iNのエッチング速度は15nm/分であった。また、
TiNエッチング液のCuのエッチング速度は1nm/
分であった。なお、研磨特性とエッチング特性の評価方
法は実施例1と同様である。As a result of examining the polishing rate using the polishing liquid and the etching liquid, the polishing rate of Cu with the Cu polishing liquid was 120 nm / min, and the etching rate was 1 nm / min. The polishing rate of TiN with a Cu polishing liquid is 10 nm / min (however, polishing residue occurs), and the etching rate is 1 nm.
/ Min or less. On the other hand, TN
The etching rate of iN was 15 nm / min. Also,
The etching rate of Cu in the TiN etching solution is 1 nm /
Minutes. The method for evaluating the polishing characteristics and the etching characteristics is the same as in the first embodiment.
【0051】実施例1で説明した埋め込みCu/TiN
積層配線を形成する試料を、前述のCu用の研磨液でC
MPを行った後にTiN用のエッチング液でTiNエッ
チングを行った結果、図2(b)及び(c)のように、
ディシングやエロージョンが約50nm以下となる形状
に加工することができた。はがれも発生しなかった。S
EMで観察した結果、TiNの研磨残りはなかった。Embedded Cu / TiN explained in Embodiment 1
The sample for forming the laminated wiring is subjected to C polishing with the above-mentioned polishing liquid for Cu.
As a result of performing TiN etching with an etching solution for TiN after performing MP, as shown in FIGS. 2B and 2C,
It could be processed into a shape with dishing and erosion of about 50 nm or less. No peeling occurred. S
As a result of observation by EM, no polishing residue of TiN was found.
【0052】形成されたCu/TiN積層配線の電気抵
抗率を測定した結果、TiN層の部分も含めて1.9マ
イクロオームセンチメートルの値を得た。また、蛇行配
線(配線幅0.3マイクロメートルから3マイクロメー
トル、長さ40mm)や櫛形配線(配線間隔0.3マイ
クロメートルから3マイクロメートル、長さ40mm)
を用いて導通/絶縁試験を行った結果、ほぼ100%の
歩留まりが得られた。LSIの動作も正常であることが
わかった。As a result of measuring the electric resistivity of the formed Cu / TiN laminated wiring, a value of 1.9 micro ohm centimeter including the TiN layer was obtained. In addition, meandering wiring (wiring width of 0.3 μm to 3 μm, length 40 mm) and comb-shaped wiring (wiring interval of 0.3 μm to 3 μm, length of 40 mm)
As a result, a continuity / insulation test was performed, and almost 100% yield was obtained. The operation of the LSI was also found to be normal.
【0053】本発明のTiN用のエッチング液にさらに
ベンゾトリアゾールを添加するとCuのエッチング速度
を低減し、表面荒れを抑制することが可能になる。例え
ば、0.01重量%のベンゾトリアゾールを添加する
と、エッチング速度を0.5nm/分まで抑制できる。
勿論この研磨液を用いても、図2(b)及び(c)のよ
うに、ディシングやエロージョンが約50nm以下とな
る形状に加工することができた。 LSIの動作も正常
である。When benzotriazole is further added to the etching solution for TiN of the present invention, the etching rate of Cu can be reduced and the surface roughness can be suppressed. For example, when 0.01% by weight of benzotriazole is added, the etching rate can be suppressed to 0.5 nm / min.
Of course, even with this polishing liquid, as shown in FIGS. 2 (b) and 2 (c), it was possible to process into a shape in which dishing and erosion were about 50 nm or less. The operation of the LSI is also normal.
【0054】(実施例3)本実施例では、TiN膜をC
MPで除去し、TiNプラグを形成する方法について説
明する。 絶縁膜表面に直径300nmの穴加工が形成
されたウエハに膜厚200nmのTiN膜をCVD(化
学気相成長法)で形成した。CVD膜はスパッタ膜と比
較して被覆性に優れており、穴内部までTiN膜が埋め
込まれ易い。(Embodiment 3) In this embodiment, the TiN film is formed of C
A method of forming a TiN plug by removing with MP will be described. A 200 nm-thick TiN film was formed by CVD (chemical vapor deposition) on a wafer in which a hole with a diameter of 300 nm was formed on the surface of the insulating film. The CVD film has better coverage than the sputtered film, and the TiN film is easily embedded in the inside of the hole.
【0055】TiN用の研磨液は過酸化水素水(市販の
30%H2O2水溶液)とニトロベンゼンスルホン酸から
構成された水溶液である。組成は過酸化水素水は20体
積%、ニトロベンゼンスルホン酸は5重量%である。こ
の研磨液を用いてTiNの研磨速度を調べた結果、40
nm/分であった。The polishing liquid for TiN is an aqueous solution composed of aqueous hydrogen peroxide (a commercially available 30% H 2 O 2 aqueous solution) and nitrobenzenesulfonic acid. The composition was 20% by volume of aqueous hydrogen peroxide and 5% by weight of nitrobenzenesulfonic acid. As a result of examining the polishing rate of TiN using this polishing liquid,
nm / min.
【0056】埋め込みTiNプラグを形成する試料(図
3(a))を、前述の研磨液でCMPを行った結果、図
3(b)及び(c)のように、ディシングやエロージョ
ンが約50nm以下となる形状に加工することができ
た。はがれもなかった。 SEMで観察した結果、Ti
Nの研磨残りは発生しなかった。As a result of performing CMP on the sample (FIG. 3A) for forming the embedded TiN plug with the above-mentioned polishing liquid, as shown in FIGS. 3B and 3C, the dishing or erosion was about 50 nm or less. It was able to be processed into the shape which becomes. There was no peeling. Observation by SEM showed that Ti
No polishing residue of N was generated.
【0057】形成されたTiNプラグの電気抵抗率を測
定した結果、120マイクロオームセンチメートルの値
を得た。また、プラグが連続で100個形成されたビア
チェーンを用いて導通/絶縁試験を行った結果、100
%の歩留まりが得られた。LSIの動作も正常であるこ
とがわかった。As a result of measuring the electrical resistivity of the formed TiN plug, a value of 120 micro ohm centimeter was obtained. A continuity / insulation test was performed using a via chain in which 100 continuous plugs were formed.
% Yield was obtained. The operation of the LSI was also found to be normal.
【0058】[0058]
【発明の効果】本発明の過酸化水素水と芳香族ニトロ化
合物を含む水溶液で金属膜をCMPもしくはエッチング
を行うことにより金属配線を形成する方法は、従来の研
磨液でCMPを行うことにより金属配線を形成する方法
と比較して、スクラッチやはがれ、ディシング、エロー
ジョンを抑制し、且つ研磨残りなく研磨を行い金属配線
を形成する効果がある。According to the method of the present invention for forming a metal wiring by performing CMP or etching of a metal film with an aqueous solution containing aqueous hydrogen peroxide and an aromatic nitro compound, the conventional method uses a polishing liquid to perform CMP. Compared with the method of forming a wiring, there is an effect that a metal wiring is formed by suppressing scratching, peeling, dishing and erosion, and performing polishing without polishing residue.
【図1】本発明を実施したCMP装置を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a CMP apparatus embodying the present invention.
【図2】(a)はCMP前の試料の配線部の断面構造を
示す図、(b)はCMP後の試料の配線部の断面構造を
示す図、(c)はCMP後の試料の平面図である。な
お、点線は(b)の断面位置である。2A is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a wiring portion of a sample before CMP, FIG. 2B is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a wiring portion of the sample after CMP, and FIG. 2C is a plan view of the sample after CMP; FIG. Note that the dotted line is the cross-sectional position of (b).
【図3】(a)はCMP前の試料のプラグ部の断面構造
を示す図、(b)はCMP後の試料のプラグ部の断面構
造を示す図、(c)はCMP後の試料の平面図である。
なお、点線は(b)の断面位置である。3A is a diagram showing a cross-sectional structure of a plug portion of a sample before CMP, FIG. 3B is a diagram showing a cross-sectional structure of a plug portion of a sample after CMP, and FIG. 3C is a plan view of the sample after CMP; FIG.
Note that the dotted line is the cross-sectional position of (b).
11…研磨定盤、12…ウエハホルダ、13…リテーナ
ー、14…ウエハ、15…研磨液供給口、16…純水供
給口、17…研磨布、18…バッキングパッド、21…
Cu膜、22…TiN膜、23…1層目の配線層部分の
SiO2膜、24…BPSG膜、25…不純物ドープ層
や絶縁膜が形成されたSi基板、26…金属膜表面の凹
部、27…金属膜表面の凸部。11: Polishing surface plate, 12: Wafer holder, 13: Retainer, 14: Wafer, 15: Polishing liquid supply port, 16: Pure water supply port, 17: Polishing cloth, 18: Backing pad, 21 ...
Cu film, 22... TiN film, 23... SiO 2 film of the first wiring layer portion, 24... BPSG film, 25... Si substrate on which impurity doped layer or insulating film is formed, 26. 27: convex portion on the surface of the metal film.
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Claims (13)
一部を除去する配線形成方法において、 過酸化水素と芳香族ニトロ化合物を含む水溶液を用い、
前記金属膜表面を機械的に摩擦することを特徴とする配
線形成方法。In a method of forming a wiring for removing at least a part of a metal film formed on an insulating film, an aqueous solution containing hydrogen peroxide and an aromatic nitro compound is used.
A method of forming a wiring, wherein the surface of the metal film is mechanically rubbed.
一部を除去する配線形成方法において、 過酸化水素と芳香族ニトロ化合物を含む水溶液を用い
て、前記金属膜の一部をエッチングすることを特徴とす
る配線形成方法。2. A wiring forming method for removing at least a part of a metal film formed on an insulating film, wherein the metal film is partially etched using an aqueous solution containing hydrogen peroxide and an aromatic nitro compound. A wiring forming method characterized by the above-mentioned.
徴とする請求項1乃至2記載の配線形成方法。3. The method according to claim 1, wherein the metal film contains titanium nitride.
ンスルホン酸もしくはその塩であることを特徴とする請
求項1乃至2記載の配線形成方法。4. The method according to claim 1, wherein the aromatic nitro compound is nitrobenzene sulfonic acid or a salt thereof.
徴とする請求項1乃至2記載の配線形成方法。5. The wiring forming method according to claim 1, wherein said aqueous solution contains an anticorrosive substance.
あることを特徴とする請求項5記載の配線形成方法。6. The method according to claim 5, wherein the anticorrosive substance is benzotriazole.
程と、 前記不純物ドープ層上に開口部を有する絶縁膜を形成す
る工程と、 前記絶縁膜が形成された基体上に窒化チタン膜を形成す
る工程と、 過酸化水素水とニトロベンゼンスルホン酸塩を含む第一
の研磨液を用い、前記窒化チタン膜表面を機械的に摩擦
をかけることにより前記絶縁膜を露出させる工程と、 その後、前記基体を洗浄する工程と、洗浄された前記基
体を乾燥する工程とを有することを特徴とする半導体装
置の製造方法。7. A step of preparing a substrate having an impurity-doped layer, a step of forming an insulating film having an opening on the impurity-doped layer, and forming a titanium nitride film on the substrate on which the insulating film has been formed. And exposing the insulating film by mechanically applying friction to the surface of the titanium nitride film using a first polishing liquid containing aqueous hydrogen peroxide and nitrobenzenesulfonate. And a step of drying the cleaned substrate.
と、 前記絶縁膜が形成された基体上に、窒化チタン膜と銅を
主成分とする金属膜を含む積層膜を形成する工程と、 過酸化水素水と有機酸と防食性物質を含む第二の研磨液
を用い、前記銅膜表面を機械的に摩擦をかけることによ
り前記窒化チタン膜を露出させる工程と、 その後、過酸化水素水とニトロベンゼンスルホン酸塩を
含む第一の研磨液を用い、前記窒化チタン膜と銅膜から
成る表面を機械的に摩擦をかけることにより前記絶縁膜
を露出させる工程と、 前記基体を洗浄する工程と、 洗浄された前記基体を乾燥する工程とを有することを特
徴とする半導体装置の製造方法。8. A step of preparing a substrate having a conductor layer, a step of forming an insulating film having an opening on the conductor layer, and forming a titanium nitride film on the substrate on which the insulating film is formed. Forming a laminated film including a metal film containing copper as a main component, and mechanically rubbing the copper film surface using a second polishing liquid containing a hydrogen peroxide solution, an organic acid, and an anticorrosive substance. Exposing the titanium nitride film, and then mechanically rubbing the surface composed of the titanium nitride film and the copper film using a first polishing liquid containing a hydrogen peroxide solution and nitrobenzene sulfonate. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of exposing the insulating film thereby, a step of cleaning the base, and a step of drying the cleaned base.
と、 前記絶縁膜が形成された基体上に、窒化チタン膜と銅を
主成分とする金属膜を含む積層膜を形成する工程と、 過酸化水素水と有機酸と防食性物質を含む研磨液を用
い、前記銅膜表面を機械的に摩擦をかけることにより前
記窒化チタン膜を露出させる工程と、 その後、過酸化水素水とニトロベンゼンスルホン酸塩を
含む第一の水溶液を用い、前記窒化チタン膜の一部をエ
ッチング除去することにより前記絶縁膜を露出させる工
程と、 前記基体を洗浄する工程と、 洗浄された前記基体を乾燥する工程とを有することを特
徴とする半導体装置の製造方法。9. A step of preparing a substrate having a conductor layer; a step of forming an insulating film having an opening on the conductor layer; and forming a titanium nitride film on the substrate on which the insulating film is formed. Forming a laminated film including a metal film containing copper as a main component, and mechanically rubbing the surface of the copper film using a polishing solution containing a hydrogen peroxide solution, an organic acid, and an anticorrosive substance. Exposing the titanium nitride film, and then exposing the insulating film by etching and removing a part of the titanium nitride film using a first aqueous solution containing hydrogen peroxide and nitrobenzene sulfonate; A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of cleaning the substrate; and a step of drying the cleaned substrate.
溶液は、ベンゾトリアゾールを含むことを特徴とする請
求項7乃至9記載の半導体装置の製造方法。10. The method according to claim 7, wherein the first polishing liquid or the first aqueous solution contains benzotriazole.
酸を含むことを特徴とする請求項8乃至9記載の半導体
装置の製造方法。11. The method according to claim 8, wherein said organic acid includes citric acid or malic acid.
を含むことを特徴とする請求項8乃至9記載の半導体装
置の製造方法。12. The method according to claim 8, wherein the anticorrosive substance contains benzotriazole.
くはその塩を含むことを特徴とする請求項8乃至9記載
の半導体装置の製造方法。13. The method according to claim 8, wherein said anticorrosive substance contains polyacrylic acid or a salt thereof.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP10754699A JP2000299320A (en) | 1999-04-15 | 1999-04-15 | Wiring formation method |
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| JP10754699A JP2000299320A (en) | 1999-04-15 | 1999-04-15 | Wiring formation method |
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|---|---|
| JP2000299320A true JP2000299320A (en) | 2000-10-24 |
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| JP (1) | JP2000299320A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2002224948A (en) * | 2001-01-26 | 2002-08-13 | Daido Chem Ind Co Ltd | DETERGENT COMPOSITION FOR ABRASIVE LIQUID FOR MAGNETIC DISK Ni-P SUBSTRATE, AND MANUFACTURING METHOD FOR MAGNETIC DISK Ni-P SUBSTRATE USING THE SAME |
| KR20030020847A (en) * | 2001-09-04 | 2003-03-10 | 엔이씨 일렉트로닉스 코포레이션 | Method of manufacturing semiconductor device |
| JP2009530848A (en) * | 2006-03-20 | 2009-08-27 | キャボット マイクロエレクトロニクス コーポレイション | CMP composition stabilized against oxidation and CMP method |
| WO2016047714A1 (en) * | 2014-09-26 | 2016-03-31 | 株式会社フジミインコーポレーテッド | Polishing composition |
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-
1999
- 1999-04-15 JP JP10754699A patent/JP2000299320A/en active Pending
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