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JP2001144043A - Polishing method for board with layered metal film - Google Patents

Polishing method for board with layered metal film

Info

Publication number
JP2001144043A
JP2001144043A JP32171699A JP32171699A JP2001144043A JP 2001144043 A JP2001144043 A JP 2001144043A JP 32171699 A JP32171699 A JP 32171699A JP 32171699 A JP32171699 A JP 32171699A JP 2001144043 A JP2001144043 A JP 2001144043A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polishing
acid
metal
polishing method
abrasive grains
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.)
Pending
Application number
JP32171699A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroki Terasaki
裕樹 寺崎
Yasuo Kamigata
康雄 上方
Takeshi Uchida
剛 内田
Yasushi Kurata
靖 倉田
Akiko Igarashi
明子 五十嵐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Resonac Corp
Original Assignee
Hitachi Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Chemical Co Ltd filed Critical Hitachi Chemical Co Ltd
Priority to JP32171699A priority Critical patent/JP2001144043A/en
Publication of JP2001144043A publication Critical patent/JP2001144043A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polishing method which can reduce a dishing value sufficiently and does not reduce a CMP speed. SOLUTION: In a polishing method, a board with a layered metal film having unevenness is pressed against a polishing cloth stuck to a polishing surface plate and, in that state, the board and the polishing surface plate are moved relatively to each other while a polishing fluid is supplied to the polishing cloth to level the unevenness. A cloth containing abrasive grains is used as the polishing cloth, and a fluid which does not contain abrasive grains or a fluid which contains abrasive grains of not more than 1% is used as the polishing fluid.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、特に半導体デバイ
スの配線工程に用いられる金属積層膜を有する基板の研
磨方法に関連し、特に埋め込み配線の形成工程に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for polishing a substrate having a metal laminated film used in a wiring step of a semiconductor device, and more particularly to a step of forming a buried wiring.

【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、例えば米国特許第4944836号に
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. No. 4,944,836.

【0003】また、最近はLSIを高性能化するため
に、配線材料として銅合金の利用が試みられている。し
かし、銅合金は従来の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、あらかじめ溝を形成してある絶縁膜
上に銅合金薄膜を堆積して埋め込み、溝部以外の銅合金
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, use of a copper alloy as a wiring material has been attempted in order to improve the performance of an LSI. However, it is difficult to finely process a copper alloy by a dry etching method frequently used in forming a conventional aluminum alloy wiring. Therefore, a copper alloy thin film is deposited and buried on an insulating film in which a groove is formed in advance, and a copper alloy thin film other than the groove is removed by CMP to form a buried wiring.
The so-called damascene method is mainly employed. This technique is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-278822.

【0004】金属のCMPの一般的な方法は、円形の研
磨定盤(プラテン)上に研磨パッドを貼り付け、研磨パ
ッド表面を金属用研磨液で浸し、基体の金属膜を形成し
た面を押し付けて、その裏面から所定の圧力(以下研磨
圧力と記す)を加えた状態で研磨定盤を回し、研磨液と
金属膜の凸部との機械的摩擦によって凸部の金属膜を除
去するものである。
A general method of metal CMP is to attach a polishing pad to a circular polishing platen (platen), immerse the surface of the polishing pad with a metal polishing solution, and press the surface of the substrate on which the metal film is formed. Then, the polishing platen is rotated while applying a predetermined pressure (hereinafter, referred to as a polishing pressure) from the back surface, and the metal film of the convex portion is removed by mechanical friction between the polishing liquid and the convex portion of the metal film. is there.

【0005】CMPに用いられる金属用研磨液は、一般
には酸化剤及び固体砥粒からなっており必要に応じてさ
らに酸化金属溶解剤、保護膜形成剤が添加される。まず
酸化によって金属膜表面を酸化し、その酸化層を固体砥
粒によって削り取るのが基本的なメカニズムと考えられ
ている。凹部の金属表面の酸化層は研磨パッドにあまり
触れず、固体砥粒による削り取りの効果が及ばないの
で、CMPの進行とともに凸部の金属層が除去されて基
体表面は平坦化される。この詳細についてはジャ−ナル
・オブ・エレクトロケミカルソサエティ誌(Journal of
ElectrochemicalSociety)の第138巻11号(19
91年発行)の3460〜3464頁に開示されてい
る。
[0005] The metal polishing liquid used for CMP generally comprises an oxidizing agent and solid abrasive grains, and if necessary, a metal oxide dissolving agent and a protective film forming agent are further added. It is considered that the basic mechanism is to first oxidize the surface of the metal film by oxidation and to scrape off the oxidized layer with solid abrasive grains. The oxide layer on the metal surface of the concave portion does not substantially touch the polishing pad, and the effect of the shaving by the solid abrasive grains does not reach. Therefore, as the CMP proceeds, the metal layer on the convex portion is removed and the substrate surface is flattened. See the Journal of Electrochemical Society (Journal of
Vol. 138, No. 11 (19)
1991), pages 3460-3364.

【0006】CMPによる研磨速度を高める方法として
酸化金属溶解剤を添加することが有効とされている。固
体砥粒によって削り取られた金属酸化物の粒を研磨液に
溶解させてしまうと固体砥粒による削り取りの効果が増
すためであると解釈できる。但し、凹部の金属膜表面の
酸化層も溶解(以下エッチングと記す)されて金属膜表
面が露出すると、酸化剤によって金属膜表面がさらに酸
化され、これが繰り返されると凹部の金属膜のエッチン
グが進行してしまい、平坦化効果が損なわれることが懸
念される。これを防ぐためにさらに保護膜形成剤が添加
される。酸化金属溶解剤と保護膜形成剤の効果のバラン
スを取ることが重要であり、凹部の金属膜表面の酸化層
はあまりエッチングされず、削り取られた酸化層の粒が
効率良く溶解されCMPによる研磨速度が大きいことが
望ましい。
As a method of increasing the polishing rate by CMP, it is effective to add a metal oxide dissolving agent. It can be interpreted that dissolving the metal oxide particles removed by the solid abrasive grains in the polishing liquid increases the effect of the solid abrasive grains. However, when the oxide layer on the surface of the metal film in the recess is also dissolved (hereinafter referred to as etching) and the surface of the metal film is exposed, the surface of the metal film is further oxidized by the oxidizing agent. It is feared that the flattening effect is impaired. In order to prevent this, a protective film forming agent is further added. It is important to balance the effects of the metal oxide dissolving agent and the protective film forming agent. The oxide layer on the surface of the metal film in the concave portion is not etched so much, the particles of the cut oxide layer are efficiently dissolved, and polishing by CMP is performed. High speed is desirable.

【0007】このように酸化金属溶解剤と保護膜形成剤
を添加して化学反応の効果を加えることにより、CMP
速度(CMPによる研磨速度)が向上すると共に、CM
Pされる金属層表面の損傷(ダメ−ジ)も低減される効
果が得られる。
As described above, by adding the metal oxide dissolving agent and the protective film forming agent to add the effect of the chemical reaction, the CMP
The speed (polishing speed by CMP) is improved and the CM
The effect of reducing the damage (damage) on the surface of the metal layer to be P is obtained.

【0008】しかしながら、従来の固体砥粒を含む金属
用研磨液を用いてCMPによる埋め込み配線形成を行う
場合には、(1)埋め込まれた金属配線の表面中央部分
が等方的に腐食されて皿の様に窪む現象(以下ディッシ
ングと記す)の発生、(2)固体砥粒に由来する研磨傷
(スクラッチ)の発生、(3)研磨後の基体表面に残留
する固体砥粒を除去するための洗浄プロセスが複雑であ
ること、(4)固体砥粒そのものの原価や廃液処理に起
因するコストアップ、等の問題が生じる。
However, when a buried wiring is formed by CMP using a conventional metal polishing slurry containing solid abrasive grains, (1) the surface central portion of the buried metal wiring is isotropically corroded. Generation of a dish-like phenomenon (hereinafter referred to as dishing), (2) generation of polishing scratches (scratch) derived from solid abrasive grains, and (3) removal of solid abrasive grains remaining on the substrate surface after polishing. The cleaning process is complicated, and (4) the cost of the solid abrasive grains itself and the cost increase due to the waste liquid treatment arise.

【0009】ディッシングや研磨中の銅合金の腐食を抑
制し、信頼性の高いLSI配線を形成するために、グリ
シン等のアミノ酢酸又はアミド硫酸からなる酸化金属溶
解剤及びBTA(ベンゾトリアゾ−ル)を含有する金属
用研磨液を用いる方法が提唱されている。この技術は例
えば特開平8−83780号公報に記載されている。
In order to suppress the corrosion of the copper alloy during dishing and polishing and to form a highly reliable LSI wiring, a metal oxide dissolving agent composed of aminoacetic acid or amide sulfuric acid such as glycine and BTA (benzotriazole) are used. A method using a contained metal polishing liquid has been proposed. This technique is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-83780.

【0010】銅または銅合金のダマシン配線形成やタン
グステン等のプラグ配線形成等の金属埋め込み形成にお
いては、埋め込み部分以外に形成される層間絶縁膜であ
る二酸化シリコン膜の研磨速度も大きい場合には、層間
絶縁膜ごと配線の厚みが薄くなるシニングが発生する。
その結果、配線抵抗の増加やパターン密度等により抵抗
のばらつきが生じるために、研磨される金属膜に対して
二酸化シリコン膜の研磨速度が十分小さい特性が要求さ
れる。そこで、酸の解離により生ずる陰イオンにより二
酸化シリコンの研磨速度を抑制することにより、研磨液
のpHをpKa−0.5よりも大きくする方法が提唱さ
れている。この技術は、例えば特許第2819196号
公報に記載されている。
In the formation of a metal buried such as the formation of a damascene wiring of copper or a copper alloy or the formation of a plug wiring of tungsten or the like, when the polishing rate of a silicon dioxide film which is an interlayer insulating film formed in a portion other than the buried portion is high, Thinning occurs in which the thickness of the wiring is thinned together with the interlayer insulating film.
As a result, variations in resistance occur due to an increase in wiring resistance, pattern density, and the like. Therefore, a characteristic in which the polishing rate of the silicon dioxide film is sufficiently low relative to the metal film to be polished is required. Therefore, a method has been proposed in which the polishing rate of the polishing liquid is made higher than pKa-0.5 by suppressing the polishing rate of silicon dioxide by anions generated by dissociation of the acid. This technique is described in, for example, Japanese Patent No. 2819196.

【0011】一方、配線の銅或いは銅合金等の下層に
は、層間絶縁膜中への銅拡散防止のためにバリア層とし
て、タンタルやタンタル合金及び窒化タンタルやその他
のタンタル化合物等が形成される。したがって、銅或い
は銅合金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、これら
のバリア層導体膜は、銅或いは銅合金に比べ硬度が高い
ために、銅または銅合金用の研磨材料の組み合わせでは
十分なCMP速度が得られない場合が多い。そこで、銅
或いは銅合金を研磨する第1工程と、バリア層導体を研
磨する第2工程からなる2段研磨方法が検討されてい
る。
On the other hand, a tantalum, a tantalum alloy, a tantalum nitride, another tantalum compound, or the like is formed as a barrier layer for preventing copper from diffusing into an interlayer insulating film in a lower layer of a wiring such as copper or a copper alloy. . Therefore, it is necessary to remove the exposed barrier layer by CMP except for the wiring portion where copper or copper alloy is embedded. However, since these barrier layer conductor films have higher hardness than copper or copper alloy, a combination of polishing materials for copper or copper alloy often cannot provide a sufficient CMP rate. Therefore, a two-step polishing method including a first step of polishing copper or a copper alloy and a second step of polishing the barrier layer conductor has been studied.

【0012】銅或いは銅合金を研磨する第1工程と、バ
リア層を研磨する第2工程からなる2段研磨方法では、
被研磨膜の硬度や化学的性質が異なるために、研磨液の
pH、砥粒及び添加剤等の組成物について、かなり異な
る性質のものが検討されている。
In a two-step polishing method comprising a first step of polishing copper or a copper alloy and a second step of polishing a barrier layer,
Because the hardness and chemical properties of the films to be polished are different, compositions having considerably different properties are being studied for the composition of the polishing liquid such as pH, abrasive grains and additives.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】従来の固体砥粒を1重
量%を超えて含む金属用研磨液を用いてCMPによる埋
め込み配線形成を行う場合には、上記した砥粒が凹部の
配線部に接触してしまうためディッシングが発生する。
本発明は、ディッシング量を十分に低下させ、且つCM
P速度を低下させない研磨方法を提供することを課題と
した。
When buried wiring is formed by CMP using a conventional metal polishing slurry containing more than 1% by weight of solid abrasive grains, the above-mentioned abrasive grains are applied to the wiring portion of the concave portion. Dishing occurs due to contact.
The present invention reduces the amount of dishing sufficiently and
An object of the present invention is to provide a polishing method that does not lower the P speed.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明の金属積層膜を有
する基板の研磨方法は、(1)表面に凹凸の有る金属積
層膜を有する基板を研磨定盤に貼り付けた研磨布に押し
付け、研磨布上に研磨液を供給しながら前記基板と前記
研磨定盤とを相対的に動かすことにより、前記金属積層
膜を研磨し表面の凹凸を平坦化する研磨方法において前
記研磨布には砥粒を含有した研磨布を使用し、前記研磨
液に砥粒を含まない研磨液または1重量%以下の砥粒を
含む研磨液を使用する研磨方法である。(2)研磨液が
金属の酸化剤、酸化金属溶解剤、保護膜形成剤、水溶性
高分子及び水を含有する上記(1)に記載の研磨方法、
(3)金属の酸化剤が、過酸化水素、硝酸、過ヨウ素酸
カリウム、次亜塩素酸及びオゾン水から選ばれる少なく
とも1種である上記(2)に記載の研磨方法、(4)酸
化金属溶解剤が、有機酸、有機酸エステル、有機酸のア
ンモニウム塩及び硫酸から選ばれる少なくとも1種であ
る上記(2)または(3)に記載の研磨方法、(5)有
機酸が、リンゴ酸、クエン酸、酒石酸、グリコール酸か
ら選ばれる少なくとも1種である上記(4)に記載の研
磨方法、(6)保護膜形成剤が、ベンゾトリアゾール及
びベンゾトリアゾール誘導体から選ばれる少なくとも1
種である上記(2)ないし(5)のいずれかに記載の研
磨方法、(7)水溶性高分子が、ポリアクリル酸及びポ
リアクリル酸の塩から選ばれる少なくとも1種である上
記(2)ないし(6)のいずれかに記載の研磨方法、
(8)研磨布がウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリテトラフル
オロエチレン、アイオノマから選ばれる少なくとも1種
である上記(1)ないし(7)のいずれかに記載の研磨
方法、(9)研磨布に含有する砥粒が、シリカ、アルミ
ナ、セリア、ダイヤモンド及び樹脂から選ばれる少なく
とも1種である上記(1)ないし(8)のいずれかに記
載の研磨方法、(10)砥粒の粒径が、1〜1000n
mである上記(1)ないし(9)のいずれかに記載の研
磨方法、(11)研磨される金属膜が、銅、銅合金から
選ばれる少なくとも1種を含む上記(1)ないし(1
0)のいずれかに記載の研磨方法、(12)研磨される
金属膜が、タンタル、タンタル合金から選ばれる少なく
とも1種を含む上記(1)ないし(10)のいずれかに
記載の研磨方法、(13)研磨される金属膜が、チタ
ン、チタン合金から選ばれる少なくとも1種を含む上記
(1)ないし(10)のいずれかに記載の研磨方法であ
る。
The method for polishing a substrate having a metal laminated film according to the present invention comprises: (1) pressing a substrate having a metal laminated film having an uneven surface on a polishing cloth attached to a polishing platen; In a polishing method for polishing the metal laminated film and flattening the surface irregularities by relatively moving the substrate and the polishing platen while supplying a polishing liquid onto the polishing cloth, the polishing cloth includes abrasive grains. Is a polishing method using a polishing cloth containing no, and a polishing liquid containing no abrasive grains or a polishing liquid containing 1% by weight or less of abrasive grains in the polishing liquid. (2) The polishing method according to (1), wherein the polishing liquid contains a metal oxidizing agent, a metal oxide dissolving agent, a protective film forming agent, a water-soluble polymer, and water.
(3) The polishing method according to (2) above, wherein the metal oxidizing agent is at least one selected from hydrogen peroxide, nitric acid, potassium periodate, hypochlorous acid, and ozone water. The polishing method according to the above (2) or (3), wherein the solubilizer is at least one selected from organic acids, organic acid esters, ammonium salts of organic acids, and sulfuric acid; (5) the organic acid is malic acid; The polishing method according to the above (4), which is at least one selected from citric acid, tartaric acid, and glycolic acid, and (6) the protective film forming agent is at least one selected from benzotriazole and benzotriazole derivatives.
The polishing method according to any one of the above (2) to (5), wherein the water-soluble polymer is at least one selected from polyacrylic acid and a salt of polyacrylic acid. The polishing method according to any one of (1) to (6),
(8) The polishing method according to any one of (1) to (7), wherein the polishing cloth is at least one selected from urethane, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polycarbonate, polytetrafluoroethylene, and ionomer; (9) The polishing method according to any one of the above (1) to (8), wherein the abrasive grains contained in the polishing cloth are at least one selected from silica, alumina, ceria, diamond, and resin, (10) abrasive grains Diameter is 1-1000n
the polishing method according to any one of (1) to (9) above, wherein (11) the metal film to be polished contains at least one selected from copper and a copper alloy.
The polishing method according to any one of (1) to (10), wherein the metal film to be polished contains at least one selected from tantalum and a tantalum alloy. (13) The polishing method according to any one of (1) to (10) above, wherein the metal film to be polished includes at least one selected from titanium and a titanium alloy.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】本発明においては、表面に凹部を
有する基板上に銅、銅合金(銅/クロム等)を含む金属
膜を形成・充填する。この基板を砥粒を含まない金属用
研磨液または砥粒を1重量%以下含む研磨液と砥粒を含
有した研磨布を併用しCMPすると、基板の凸部の金属
膜が選択的にCMPされて、凹部に金属膜が残されて所
望の導体パタ−ンが得られる。本発明の研磨方法では、
通常の砥粒を1重量%を超えて含んだ研磨液と研磨布と
の併用よりも、研磨布に砥粒が固定されているためにデ
ィッシングが減少する。本発明で使用する研磨液は、金
属の酸化剤、酸化金属溶解剤、保護膜形成剤、水溶性高
分子及び水を含有すると好ましい。本発明で使用する金
属の酸化剤は、過酸化水素、硝酸、過ヨウ素酸カリウ
ム、次亜塩素酸及びオゾン水から選ばれた少なくとも1
種が好ましい。本発明で使用する酸化金属溶解剤は、有
機酸、有機酸エステル、有機酸のアンモニウム塩及び硫
酸から選ばれた少なくとも1種が好ましい。本発明で使
用する有機酸は、リンゴ酸、クエン酸、酒石酸、グリコ
ール酸から選ばれた少なくとも1種が好ましい。本発明
で使用する保護膜形成剤は、ベンゾトリアゾール及びベ
ンゾトリアゾール誘導体から選ばれた少なくとも1種が
好ましい。本発明で使用する水溶性高分子としては、ポ
リアクリル酸及びポリアクリル酸の塩から選ばれる少な
くとも1種が好ましい。本発明で使用する研磨布は、ウ
レタン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレ
ン、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレン、
アイオノマからから選ばれる少なくとも1種が好まし
い。本発明で使用する研磨布に含有する砥粒は、シリ
カ、アルミナ、セリア、ダイヤモンド及び樹脂からから
選ばれる少なくとも1種が好ましい。本発明で使用する
砥粒の粒径は、1〜1000nmであることが好まし
い。本発明の研磨方法を用いて銅及び銅合金から選ばれ
る少なくとも1種の金属層を含む積層膜からなる基板を
研磨する工程によって少なくとも金属膜の一部を除去す
ることができる。本発明の研磨方法を用いてタンタル及
びタンタル合金から選ばれる少なくとも1種の金属層を
含む積層膜からなる基板を研磨する工程によって少なく
とも金属膜の一部を除去することができる。本発明の研
磨方法を用いてチタン及びチタン合金から選ばれる少な
くとも1種の金属層を含む積層膜からなる基板を研磨す
る工程によって少なくとも金属膜の一部を除去すること
ができる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, a metal film containing copper or a copper alloy (such as copper / chromium) is formed and filled on a substrate having a concave portion on the surface. When this substrate is subjected to CMP using a polishing liquid for metal containing no abrasive grains or a polishing liquid containing 1% by weight or less of abrasive grains and a polishing cloth containing abrasive grains, the metal film on the convex portion of the substrate is selectively CMPed. As a result, a desired conductor pattern is obtained by leaving the metal film in the recess. In the polishing method of the present invention,
Since the abrasive grains are fixed to the polishing pad, dishing is reduced as compared with a combination of a polishing liquid and a polishing pad containing more than 1% by weight of normal abrasive grains. The polishing liquid used in the present invention preferably contains a metal oxidizing agent, a metal oxide dissolving agent, a protective film forming agent, a water-soluble polymer, and water. The metal oxidizing agent used in the present invention is at least one selected from hydrogen peroxide, nitric acid, potassium periodate, hypochlorous acid and ozone water.
Species are preferred. The metal oxide dissolving agent used in the present invention is preferably at least one selected from organic acids, organic acid esters, ammonium salts of organic acids, and sulfuric acid. The organic acid used in the present invention is preferably at least one selected from malic acid, citric acid, tartaric acid, and glycolic acid. The protective film forming agent used in the present invention is preferably at least one selected from benzotriazole and benzotriazole derivatives. The water-soluble polymer used in the present invention is preferably at least one selected from polyacrylic acid and salts of polyacrylic acid. Polishing cloth used in the present invention, urethane, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polycarbonate, polytetrafluoroethylene,
At least one selected from ionomers is preferred. The abrasive grains contained in the polishing cloth used in the present invention are preferably at least one selected from silica, alumina, ceria, diamond and resin. The particle size of the abrasive used in the present invention is preferably from 1 to 1000 nm. By using the polishing method of the present invention, at least a part of the metal film can be removed by a step of polishing a substrate formed of a laminated film including at least one metal layer selected from copper and a copper alloy. By using the polishing method of the present invention, at least a part of the metal film can be removed by the step of polishing a substrate formed of a laminated film including at least one metal layer selected from tantalum and a tantalum alloy. By using the polishing method of the present invention, at least a part of the metal film can be removed by a step of polishing a substrate formed of a laminated film including at least one metal layer selected from titanium and a titanium alloy.

【0016】本発明の研磨方法では砥粒を含まない研磨
液、または砥粒を1重量%以下含む研磨液と砥粒を固定
した研磨布を併用することにより高CMP速度、高平坦
化、ディッシング量及びエロージョン量低減の効果を発
現する研磨方法を提供することができる。
In the polishing method of the present invention, a high CMP rate, high flatness, and dishing are achieved by using a polishing liquid containing no abrasive grains, or a polishing liquid containing 1% by weight or less of abrasive grains and a polishing cloth with fixed abrasive grains. It is possible to provide a polishing method exhibiting the effect of reducing the amount and the erosion amount.

【0017】本発明者らは、保護膜形成剤と水溶性高分
子を組み合わせた研磨液と砥粒を含有し固定した研磨布
を併用することにより、十分に抑制されたディッシン
グ、低いエッチング速度を維持したまま高いCMP速度
が得られることを見出した。しかもこのような研磨方法
を用いることにより、研磨液に固体砥粒を含ませなくと
も実用的なCMP速度での研磨が可能になることを見出
した。これは従来の研磨液による低エッチングの効果と
固定砥粒の摩擦による削り取りの効果が併用して発現さ
れたためと考えられる。
The present inventors have found that a combined use of a polishing liquid comprising a protective film-forming agent and a water-soluble polymer and a polishing cloth containing and fixed abrasive grains enables a sufficiently suppressed dishing and a low etching rate. It has been found that a high CMP rate can be obtained while maintaining this. In addition, it has been found that by using such a polishing method, polishing can be performed at a practical CMP rate without including solid abrasive grains in the polishing liquid. This is considered to be because the effect of low etching by the conventional polishing liquid and the effect of shaving by the friction of the fixed abrasive were used in combination.

【0018】エッチング速度の値としては10nm/m
in以下に抑制できれば好ましい平坦化効果が得られる
ことが分かった。CMP速度の低下が許容できる範囲で
あればエッチング速度はさらに低い方が望ましく、5n
m/min以下に抑制できれば例えば50%程度の過剰
CMP(金属膜をCMP除去するに必要な時間の1.5
倍のCMPを行うこと)を行ってもディッシングは問題
とならない程度に留まる。さらにエッチング速度を1n
m/min以下に抑制できれば、100%以上の過剰C
MPを行ってもディッシングは問題とならない。本発明
の研磨方法は、好ましくは、金属の酸化剤、酸化金属溶
解剤、保護膜形成剤、水溶性高分子及び水を含有する研
磨液と砥粒を固定した研磨布を併用した研磨方法であ
り、使用する研磨液が、銅または銅合金ではpHが5以
下であり、かつ金属の酸化剤の濃度が0.01〜30重
量%になるように調整する。バリアメタル(Ta,Ta
N,Ti,TiN)ではpHが3以下であり、かつ金属
の酸化剤の濃度が0.01〜3重量%になるように調整
する。本発明における研磨液のpHは、3を超えて大き
いとタンタルやタンタル合金及び窒化タンタルやその他
のタンタル化合物のCMP速度が小さくなる。pHは、
添加量により調整することができる。また、アンモニ
ア、水酸化ナトリウム、テトラメチルアンモニウムハイ
ドライド等のアルカリ成分の添加によっても調整可能で
ある。
The value of the etching rate is 10 nm / m
It has been found that a preferable flattening effect can be obtained if it can be suppressed to in or less. If the decrease in the CMP rate is within an acceptable range, it is desirable that the etching rate be lower.
If it can be suppressed to not more than m / min, for example, about 50% of excess CMP (1.5 times of time required for removing the metal film by CMP).
Even if the double CMP is performed, dishing remains to the extent that no problem occurs. Further, the etching rate is 1 n
m / min or less, 100% or more of excess C
Even if MP is performed, dishing does not cause a problem. The polishing method of the present invention is preferably a polishing method using a polishing cloth containing a polishing liquid containing a metal oxidizing agent, a metal oxide dissolving agent, a protective film forming agent, a water-soluble polymer and water and abrasive grains in combination. The polishing liquid used is adjusted so that the pH is 5 or less for copper or copper alloy and the concentration of the metal oxidizing agent is 0.01 to 30% by weight. Barrier metal (Ta, Ta
(N, Ti, TiN) is adjusted so that the pH is 3 or less and the concentration of the metal oxidizing agent is 0.01 to 3% by weight. When the pH of the polishing liquid in the present invention exceeds 3 and is large, the CMP rate of tantalum, a tantalum alloy, tantalum nitride, and other tantalum compounds becomes low. pH is
It can be adjusted by the amount added. It can also be adjusted by adding an alkali component such as ammonia, sodium hydroxide, tetramethylammonium hydride and the like.

【0019】本発明において使用する研磨液は、金属の
酸化剤の濃度が0.15重量%付近でタンタルやタンタ
ル合金及び窒化タンタルやその他のタンタル化合物のC
MP速度が極大になる。酸化剤によりタンタルやタンタ
ル合金及び窒化タンタルやその他のタンタル化合物等の
導体膜表面に、機械的に研磨されやすい一次酸化層が形
成され、高いCMP速度が得られる。一般にpHが3よ
り小さい場合には、銅及び銅合金膜のエッチング速度が
大きくなり、ディッシング等が発生し易くなるだけでな
く、タンタルやタンタル合金及び窒化タンタルやその他
のタンタル化合物等の導体膜表面に、一次酸化層よりも
研磨されにくい二次酸化層が形成されるためにCMP速
度が低下する。酸化剤の濃度が0.01重量%未満であ
ると、酸化層が十分形成されないためにCMP速度が小
さくなり、タンタル膜の剥離等が発生することもある。
The polishing liquid used in the present invention has a metal oxidizing agent concentration of about 0.15% by weight, and the tantalum, the tantalum alloy, the tantalum nitride and the other tantalum compounds have a C content.
The MP speed becomes maximum. The oxidizing agent forms a primary oxide layer that is easily mechanically polished on the surface of the conductive film such as tantalum, a tantalum alloy, tantalum nitride, and other tantalum compounds, so that a high CMP rate can be obtained. In general, when the pH is less than 3, the etching rate of the copper and copper alloy film is increased, so that dishing and the like are easily caused, and also the surface of the conductor film such as tantalum, tantalum alloy, tantalum nitride, and other tantalum compounds. In addition, since a secondary oxide layer that is less polished than the primary oxide layer is formed, the CMP rate is reduced. If the concentration of the oxidizing agent is less than 0.01% by weight, the oxide layer is not sufficiently formed, so that the CMP rate is reduced, and the tantalum film may be peeled off.

【0020】研磨液中の金属の酸化剤濃度は、本発明で
好ましいとした研磨液中に水溶性高分子を含有する場合
には、濃度を0.01〜1.5重量%とすることが好ま
しい。水溶性高分子は、タンタルやタンタル合金及び窒
化タンタルやその他のタンタル化合物或いはその酸化膜
表面に吸着するために、高いCMP速度が得られる酸化
剤濃度範囲が小さくなる。また、水溶性高分子は、特に
窒化タンタルや窒化チタン等の窒化化合物膜の表面に吸
着し易いために、窒化タンタルや窒化チタン等の窒化化
合物膜のCMP速度が小さくなる。一方、水溶性高分子
は、金属の表面保護膜形成効果を有し、ディッシングや
エロージョン等の平坦化特性を向上させる。金属の酸化
剤としては、過酸化水素(H22)、硝酸、過ヨウ素酸
カリウム、次亜塩素酸、オゾン水等が挙げられ、その中
でも過酸化水素が特に好ましい。基板が集積回路用素子
を含むシリコン基板である場合、アルカリ金属、アルカ
リ土類金属、ハロゲン化物などによる汚染は望ましくな
いので、不揮発成分を含まない酸化剤が望ましい。但
し、オゾン水は組成の時間変化が激しいので過酸化水素
が最も適している。但し、適用対象の基板が半導体素子
を含まないガラス基板などである場合は不揮発成分を含
む酸化剤であっても差し支えない。
The metal oxidizing agent concentration in the polishing liquid is preferably 0.01 to 1.5% by weight when a water-soluble polymer is contained in the polishing liquid which is preferred in the present invention. preferable. Since the water-soluble polymer is adsorbed on tantalum, a tantalum alloy, tantalum nitride, another tantalum compound, or an oxide film surface thereof, the oxidizing agent concentration range in which a high CMP rate can be obtained is small. In addition, since the water-soluble polymer is easily adsorbed on the surface of a nitride compound film such as tantalum nitride or titanium nitride, the CMP rate of the nitride compound film such as tantalum nitride or titanium nitride decreases. On the other hand, the water-soluble polymer has a metal surface protective film forming effect, and improves flattening characteristics such as dishing and erosion. Examples of the metal oxidizing agent include hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), nitric acid, potassium periodate, hypochlorous acid, ozone water, and the like. Among them, hydrogen peroxide is particularly preferable. When the substrate is a silicon substrate including an element for an integrated circuit, contamination by an alkali metal, an alkaline earth metal, a halide, or the like is not desirable, and an oxidizing agent containing no nonvolatile component is desirable. However, hydrogen peroxide is most suitable because the composition of ozone water changes drastically with time. However, when the substrate to be applied is a glass substrate or the like that does not contain a semiconductor element, an oxidizing agent containing a nonvolatile component may be used.

【0021】酸化金属溶解剤は、水溶性のものが望まし
い。以下の群から選ばれたものの水溶液が適している。
ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、2−メチル
酪酸、n−ヘキサン酸、3,3−ジメチル酪酸、2−エ
チル酪酸、4−メチルペンタン酸、n−ヘプタン酸、2
−メチルヘキサン酸、n−オクタン酸、2−エチルヘキ
サン酸、安息香酸、グリコ−ル酸、サリチル酸、グリセ
リン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、
アジピン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フタル酸、リン
ゴ酸、酒石酸、クエン酸等、及びそれらの有機酸エステ
ル、有機酸のアンモニウム塩等の塩、硫酸、硝酸、アン
モニア、アンモニウム塩類、例えば過硫酸アンモニウ
ム、硝酸アンモニウム、塩化アンモニウム等、クロム酸
等又はそれらの混合物等が挙げられる。これらの中では
ギ酸、マロン酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、グリコ
ール酸が銅、銅合金及び銅又は銅合金の酸化物から選ば
れた少なくとも1種の金属層を含む積層膜に対して好適
である。これらは後述の第1及び第2の保護膜形成剤と
のバランスが得やすい点で好ましい。特に、リンゴ酸、
酒石酸、クエン酸については実用的なCMP速度を維持
しつつ、エッチング速度を効果的に抑制できるという点
で好ましい。
The metal oxide dissolving agent is preferably water-soluble. Aqueous solutions of those selected from the following groups are suitable.
Formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, 2-methylbutyric acid, n-hexanoic acid, 3,3-dimethylbutyric acid, 2-ethylbutyric acid, 4-methylpentanoic acid, n-heptanoic acid,
-Methylhexanoic acid, n-octanoic acid, 2-ethylhexanoic acid, benzoic acid, glycolic acid, salicylic acid, glyceric acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid,
Adipic acid, pimelic acid, maleic acid, phthalic acid, malic acid, tartaric acid, citric acid and the like, and their organic acid esters, salts such as ammonium salts of organic acids, sulfuric acid, nitric acid, ammonia, ammonium salts such as ammonium persulfate; Examples thereof include ammonium nitrate and ammonium chloride, chromic acid and the like, and mixtures thereof. Among these, formic acid, malonic acid, malic acid, tartaric acid, citric acid, and glycolic acid are suitable for a laminated film containing at least one metal layer selected from copper, copper alloys, and oxides of copper or copper alloys. It is. These are preferred in that they can be easily balanced with the first and second protective film forming agents described later. In particular, malic acid,
Tartaric acid and citric acid are preferred in that the etching rate can be effectively suppressed while maintaining a practical CMP rate.

【0022】保護膜形成剤は、以下の群から選ばれたも
のが好適である。アンモニア;ジメチルアミン、トリメ
チルアミン、トリエチルアミン、プロピレンジアミン等
のアルキルアミンや、エチレンジアミンテトラ酢酸(E
DTA)、ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム及び
キトサン等のアルキルアミン;グリシン、L−アラニ
ン、β−アラニン、L−2−アミノ酪酸、L−ノルバリ
ン、L−バリン、L−ロイシン、L−ノルロイシン、L
−イソロイシン、L−アロイソロイシン、L−フェニル
アラニン、L−プロリン、サルコシン、L−オルニチ
ン、L−リシン、タウリン、L−セリン、L−トレオニ
ン、L−アロトレオニン、L−ホモセリン、L−チロシ
ン、3,5−ジヨ−ド−L−チロシン、β−(3,4−
ジヒドロキシフェニル)−L−アラニン、L−チロキシ
ン、4−ヒドロキシ−L−プロリン、L−システィン、
L−メチオニン、L−エチオニン、L−ランチオニン、
L−シスタチオニン、L−シスチン、L−システィン
酸、L−アスパラギン酸、L−グルタミン酸、S−(カ
ルボキシメチル)−L−システィン、4−アミノ酪酸、
L−アスパラギン、L−グルタミン、アザセリン、L−
アルギニン、L−カナバニン、L−シトルリン、δ−ヒ
ドロキシ−L−リシン、クレアチン、L−キヌレニン、
L−ヒスチジン、1−メチル−L−ヒスチジン、3−メ
チル−L−ヒスチジン、エルゴチオネイン、L−トリプ
トファン、アクチノマイシンC1、アパミン、アンギオ
テンシンI、アンギオテンシンII及びアンチパイン等
のアミノ酸;ジチゾン、クプロイン(2,2’−ビキノ
リン)、ネオクプロイン(2,9−ジメチル−1,10
−フェナントロリン)、バソクプロイン(2,9−ジメ
チル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリ
ン)及びキュペラゾン(ビスシクロヘキサノンオキサリ
ルヒドラゾン)等のイミン;ベンズイミダゾール−2−
チオール、2−[2−(ベンゾチアゾリル)]チオプロ
ピオン酸、2−[2−(ベンゾチアゾリル)チオブチル
酸、2−メルカプトベンゾチアゾール、1,2,3−ト
リアゾール、1,2,4−トリアゾール、3−アミノ−
1H−1,2,4−トリアゾール、ベンゾトリアゾー
ル、1−ヒドロキシベンゾトリアゾール、1−ジヒドロ
キシプロピルベンゾトリアゾール、2,3−ジカルボキ
シプロピルベンゾトリアゾール、4−ヒドロキシベンゾ
トリアゾール、4−カルボキシル−1H−ベンゾトリア
ゾール、4−メトキシカルボニル−1H−ベンゾトリア
ゾール、4−ブトキシカルボニル−1H−ベンゾトリア
ゾール、4−オクチルオキシカルボニル−1H−ベンゾ
トリアゾール、5−ヘキシルベンゾトリアゾール、N−
(1,2,3−ベンゾトリアゾリル−1−メチル)−N
−(1,2,4−トリアゾリル−1−メチル)−2−エ
チルヘキシルアミン、トリルトリアゾール、ナフトトリ
アゾール、ビス[(1−ベンゾトリアゾリル)メチル]
ホスホン酸等のアゾール;ノニルメルカプタン、ドデシ
ルメルカプタン、トリアジンチオール、トリアジンジチ
オール、トリアジントリチオール等のメルカプタン;及
びグルコース、セルロース等の糖類が挙げられる。その
中でもキトサン、エチレンジアミンテトラ酢酸、L−ト
リプトファン、キュペラゾン、トリアジンジチオール、
ベンゾトリアゾール、4−ヒドロキシベンゾトリアゾー
ル、4−カルボキシルベンゾトリアゾールブチルエステ
ル、トリルトリアゾール、ナフトトリアゾールが高いC
MP速度と低いエッチング速度を両立する上で好まし
い。
The protective film forming agent is preferably selected from the following group. Ammonia; alkylamines such as dimethylamine, trimethylamine, triethylamine and propylenediamine, and ethylenediaminetetraacetic acid (E
DTA), alkylamines such as sodium diethyldithiocarbamate and chitosan; glycine, L-alanine, β-alanine, L-2-aminobutyric acid, L-norvaline, L-valine, L-leucine, L-norleucine, L
-Isoleucine, L-alloisoleucine, L-phenylalanine, L-proline, sarcosine, L-ornithine, L-lysine, taurine, L-serine, L-threonine, L-allothreonine, L-homoserine, L-tyrosine, 3 , 5-Diodo-L-tyrosine, β- (3,4-
Dihydroxyphenyl) -L-alanine, L-thyroxine, 4-hydroxy-L-proline, L-cystine,
L-methionine, L-ethionine, L-lanthionine,
L-cystathionine, L-cystin, L-cystinic acid, L-aspartic acid, L-glutamic acid, S- (carboxymethyl) -L-cystine, 4-aminobutyric acid,
L-asparagine, L-glutamine, azaserine, L-
Arginine, L-canavanine, L-citrulline, δ-hydroxy-L-lysine, creatine, L-kynurenine,
Amino acids such as L-histidine, 1-methyl-L-histidine, 3-methyl-L-histidine, ergothioneine, L-tryptophan, actinomycin C1, apamin, angiotensin I, angiotensin II and antipain; dithizone, cuproin (2, 2'-biquinoline), neocuproin (2,9-dimethyl-1,10
Imines such as -phenanthroline), bathocuproine (2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) and cuperazone (biscyclohexanone oxalylhydrazone); benzimidazole-2-
Thiol, 2- [2- (benzothiazolyl)] thiopropionic acid, 2- [2- (benzothiazolyl) thiobutyric acid, 2-mercaptobenzothiazole, 1,2,3-triazole, 1,2,4-triazole, 3- Amino-
1H-1,2,4-triazole, benzotriazole, 1-hydroxybenzotriazole, 1-dihydroxypropylbenzotriazole, 2,3-dicarboxypropylbenzotriazole, 4-hydroxybenzotriazole, 4-carboxyl-1H-benzotriazole , 4-methoxycarbonyl-1H-benzotriazole, 4-butoxycarbonyl-1H-benzotriazole, 4-octyloxycarbonyl-1H-benzotriazole, 5-hexylbenzotriazole, N-
(1,2,3-benzotriazolyl-1-methyl) -N
-(1,2,4-triazolyl-1-methyl) -2-ethylhexylamine, tolyltriazole, naphthotriazole, bis [(1-benzotriazolyl) methyl]
Azoles such as phosphonic acid; mercaptans such as nonylmercaptan, dodecylmercaptan, triazinethiol, triazinedithiol, and triazinetrithiol; and saccharides such as glucose and cellulose. Among them, chitosan, ethylenediaminetetraacetic acid, L-tryptophan, cuperazone, triazinedithiol,
Benzotriazole, 4-hydroxybenzotriazole, 4-carboxylbenzotriazole butyl ester, tolyltriazole, naphthotriazole have high C
It is preferable to achieve both the MP rate and the low etching rate.

【0023】水溶性高分子としては、以下の群から選ば
れたものが好適である。アルギン酸、ペクチン酸、カル
ボキシメチルセルロ−ス、寒天、カ−ドラン及びプルラ
ン等の多糖類;グリシンアンモニウム塩及びグリシンナ
トリウム塩等のアミノ酸塩;ポリアスパラギン酸、ポリ
グルタミン酸、ポリリシン、ポリリンゴ酸、ポリメタク
リル酸、ポリメタクリル酸アンモニウム塩、ポリメタク
リル酸ナトリウム塩、ポリアミド酸、ポリマレイン酸、
ポリイタコン酸、ポリフマル酸、ポリ(p−スチレンカ
ルボン酸)、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ア
ミノポリアクリルアミド、ポリアクリル酸アンモニウム
塩、ポリアクリル酸ナトリウム塩、ポリアミド酸、ポリ
アミド酸アンモニウム塩、ポリアミド酸ナトリウム塩及
びポリグリオキシル酸等のポリカルボン酸及びその塩;
ポリビニルアルコ−ル、ポリビニルピロリドン及びポリ
アクロレイン等のビニル系ポリマ等が挙げられる。但
し、適用する基板が半導体集積回路用シリコン基板など
の場合はアルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン化
物等による汚染は望ましくないため、酸もしくはそのア
ンモニウム塩が望ましい。基板がガラス基板等である場
合はその限りではない。その中でもペクチン酸、寒天、
ポリリンゴ酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリル酸、ポ
リアクリル酸アンモニウム塩、ポリメタクリル酸アンモ
ニウム塩、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール
及びポリビニルピロリドン、それらのエステル及びそれ
らのアンモニウム塩が好ましい。
As the water-soluble polymer, those selected from the following groups are preferred. Polysaccharides such as alginic acid, pectic acid, carboxymethyl cellulose, agar, cardran and pullulan; amino acid salts such as glycine ammonium salt and glycine sodium salt; polyaspartic acid, polyglutamic acid, polylysine, polymalic acid, polymethacrylic acid , Polymethacrylic acid ammonium salt, polymethacrylic acid sodium salt, polyamic acid, polymaleic acid,
Polyitaconic acid, polyfumaric acid, poly (p-styrene carboxylic acid), polyacrylic acid, polyacrylamide, aminopolyacrylamide, ammonium polyacrylate, sodium polyacrylate, polyamic acid, ammonium polyamic acid, sodium polyamic acid And polycarboxylic acids such as polyglyoxylic acid and salts thereof;
And vinyl polymers such as polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone and polyacrolein. However, when the substrate to be applied is a silicon substrate for a semiconductor integrated circuit or the like, an acid or an ammonium salt thereof is preferable because contamination by an alkali metal, an alkaline earth metal, a halide or the like is not desirable. This is not the case when the substrate is a glass substrate or the like. Among them, pectic acid, agar,
Polymalic acid, polymethacrylic acid, polyacrylic acid, ammonium polyacrylate, ammonium polymethacrylate, polyacrylamide, polyvinyl alcohol and polyvinylpyrrolidone, their esters and their ammonium salts are preferred.

【0024】研磨布としては、ウレタン、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネー
ト、ポリテトラフルオロエチレン等の含フッ素樹脂、ア
イオノマ、エチレン酢酸ビニル共重合体(EVA)、ス
チレン・ブタヂエン・スチレン共重合体(SBS)、ア
クリル樹脂、アクリロニトリル・ブタヂエン・スチレン
共重合体(ABS)、それらの発泡体が好ましい。
Examples of the polishing cloth include fluorine-containing resins such as urethane, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polycarbonate, polytetrafluoroethylene, ionomer, ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), and styrene-butadiene-styrene copolymer (SBS). ), Acrylic resin, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS), and their foams are preferred.

【0025】研磨布に固定する砥粒としては、シリカ、
アルミナ、セリア、ダイヤモンド、及び樹脂が高研磨速
度が得られる上で好ましく、コロイダルシリカ、コロイ
ダルアルミナが研磨面に傷が発生しない上でより好まし
い。
As abrasive grains fixed to the polishing cloth, silica,
Alumina, ceria, diamond, and resin are preferable in that a high polishing rate can be obtained, and colloidal silica and colloidal alumina are more preferable in that scratches do not occur on the polished surface.

【0026】研磨布に固定する砥粒の粒径は、1〜10
00nmであることが好ましく、1〜100nmである
ことが研磨面に傷が発生しない上でより好ましい。
The particle size of the abrasive grains fixed to the polishing cloth is 1 to 10
The thickness is preferably 00 nm, and more preferably 1 to 100 nm in order to prevent scratches on the polished surface.

【0027】金属の酸化剤成分の配合量は、金属の酸化
剤、酸化金属溶解剤、保護膜形成剤、水溶性高分子及び
水の総量100gに対して、0.003〜0.7mol
とすることが好ましく、0.03〜0.5molとする
ことがより好ましく、0.2〜0.3molとすること
が特に好ましい。この配合量が、0.003mol未満
では、金属の酸化が不十分でCMP速度が低く、0.7
molを超えると、研磨面に荒れが生じる傾向がある。
The amount of the metal oxidizing agent is 0.003 to 0.7 mol based on 100 g of the total amount of the metal oxidizing agent, the metal oxide dissolving agent, the protective film forming agent, the water-soluble polymer and water.
Is preferably set to 0.03 to 0.5 mol, more preferably 0.2 to 0.3 mol. If the amount is less than 0.003 mol, the metal is not sufficiently oxidized and the CMP rate is low.
If it exceeds mol, the polished surface tends to be rough.

【0028】本発明における酸化金属溶解剤成分の配合
量は、金属の酸化剤、酸化金属溶解剤、保護膜形成剤、
水溶性高分子及び水の総量100gに対して0〜0.0
05molとすることが好ましく、0.00005〜
0.0025molとすることがより好ましく、0.0
005〜0.0015molとすることが特に好まし
い。この配合量が0.005molを超えると、エッチ
ングの抑制が困難となる傾向がある。
In the present invention, the amounts of the metal oxide dissolving agent components are as follows: metal oxidizing agent, metal oxide dissolving agent, protective film forming agent
0-0.0 to 100 g of water-soluble polymer and water in total
It is preferable that the content be 0.05 mol, and 0.00005 to
0.0025 mol is more preferable, and 0.025 mol
It is particularly preferred that the amount be from 005 to 0.0015 mol. When the amount exceeds 0.005 mol, it tends to be difficult to suppress the etching.

【0029】保護膜形成剤の配合量は、金属の酸化剤、
酸化金属溶解剤、保護膜形成剤、水溶性高分子及び水の
総量100gに対して0.0001〜0.05molと
することが好ましく0.0003〜0.005molと
することがより好ましく、0.0005〜0.0035
molとすることが特に好ましい。この配合量が0.0
001mol未満では、エッチングの抑制が困難となる
傾向があり、0.05molを超えるとCMP速度が低
くなってしまう傾向がある。
The amount of the protective film forming agent is determined by the oxidizing agent of the metal,
The amount is preferably 0.0001 to 0.05 mol, more preferably 0.0003 to 0.005 mol, and more preferably 0.001 to 0.005 mol based on 100 g of the total amount of the metal oxide dissolving agent, the protective film forming agent, the water-soluble polymer, and water. 0005-0.0035
Particularly preferably, it is mol. If the amount is 0.0
If it is less than 001 mol, the suppression of etching tends to be difficult, and if it exceeds 0.05 mol, the CMP rate tends to be low.

【0030】水溶性高分子の配合量は、金属の酸化剤、
酸化金属溶解剤、保護膜形成剤、水溶性高分子及び水の
総量100gに対して0.001〜0.3重量%とする
ことが好ましく0.003〜0.1重量%とすることが
より好ましく0.01〜0.08重量%とすることが特
に好ましい。この配合量が0.001重量%未満では、
エッチング抑制において保護膜形成剤との併用効果が現
れない傾向があり0.3重量%を超えるとCMP速度が
低下してしまう傾向がある。水溶性高分子の重量平均分
子量は500以上とすることが好ましく、1500以上
とすることがより好ましく5000以上とすることが特
に好ましい。重量平均分子量の上限は特に規定するもの
ではないが、溶解性の観点から500万以下である。重
量平均分子量が500未満では高いCMP速度が発現し
ない傾向にある。本発明に用いる研磨液では、水溶性高
分子の重量平均分子量が500以上の重量平均分子量が
異なる少なくとも2種以上を用いることが好ましい。同
種の水溶性高分子であっても、異種の水溶性高分子であ
ってもよい。
The compounding amount of the water-soluble polymer is determined by the metal oxidizing agent,
The content is preferably 0.001 to 0.3% by weight, more preferably 0.003 to 0.1% by weight, based on 100 g of the total amount of the metal oxide dissolving agent, the protective film forming agent, the water-soluble polymer and water. It is particularly preferred that the content be 0.01 to 0.08% by weight. If the amount is less than 0.001% by weight,
There is a tendency that the effect of the combined use with the protective film forming agent does not appear in the suppression of etching, and when it exceeds 0.3% by weight, the CMP rate tends to decrease. The weight average molecular weight of the water-soluble polymer is preferably 500 or more, more preferably 1500 or more, and particularly preferably 5000 or more. The upper limit of the weight average molecular weight is not particularly limited, but is 5,000,000 or less from the viewpoint of solubility. If the weight average molecular weight is less than 500, a high CMP rate tends not to be exhibited. In the polishing liquid used in the present invention, it is preferable to use at least two kinds of water-soluble polymers having a weight average molecular weight of 500 or more and different weight average molecular weights. The same type of water-soluble polymer or a different type of water-soluble polymer may be used.

【0031】本発明の研磨方法は、研磨定盤の研磨布上
に前記の砥粒を実質的に含まない研磨液を供給しなが
ら、被研磨膜を有する基板を前記の砥粒を含有した研磨
布に押圧した状態で研磨定盤と基板を相対的に動かすこ
とによって被研磨膜を研磨する研磨方法である。研磨す
る装置としては、半導体基板を保持するホルダと研磨布
(パッド)を貼り付けた(回転数が変更可能なモータ等
を取り付けてある)定盤を有する一般的な研磨装置が使
用できる。研磨条件には制限はないが、定盤の回転速度
は基板が飛び出さないように200rpm以下の低回転
が好ましい。被研磨膜を有する半導体基板の研磨布への
押し付け圧力が9.8〜98kPa(100〜1000
gf/cm2)であることが好ましく、CMP速度のウ
エハ面内均一性及びパターンの平坦性を満足するために
は、9.8〜49kPa(100〜500gf/c
2)であることがより好ましい。研磨している間、研
磨布には研磨液をポンプ等で連続的に供給する。この供
給量に制限はないが、研磨布の表面が常に研磨液で覆わ
れていることが好ましい。研磨終了後の半導体基板は、
流水中でよく洗浄後、スピンドライ等を用いて半導体基
板上に付着した水滴を払い落としてから乾燥させること
が好ましい。
In the polishing method of the present invention, a substrate having a film to be polished is polished while supplying a polishing liquid substantially free of the abrasive grains onto a polishing cloth of a polishing platen. This is a polishing method of polishing a film to be polished by relatively moving a polishing platen and a substrate while being pressed against a cloth. As an apparatus for polishing, a general polishing apparatus having a holder for holding a semiconductor substrate and a platen on which a polishing cloth (pad) is attached (a motor or the like capable of changing the number of rotations is attached) can be used. The polishing conditions are not limited, but the rotation speed of the platen is preferably low, such as 200 rpm or less so that the substrate does not pop out. The pressing pressure of the semiconductor substrate having the film to be polished on the polishing cloth is 9.8 to 98 kPa (100 to 1000 kPa).
gf / cm 2 ), and 9.8 to 49 kPa (100 to 500 gf / c) in order to satisfy in-plane uniformity of the CMP rate and flatness of the pattern.
m 2 ) is more preferable. During polishing, a polishing liquid is continuously supplied to the polishing cloth by a pump or the like. The supply amount is not limited, but it is preferable that the surface of the polishing pad is always covered with the polishing liquid. After polishing, the semiconductor substrate is
After washing well in running water, it is preferable to remove water droplets adhering to the semiconductor substrate by using spin drying or the like and then dry the semiconductor substrate.

【0032】[0032]

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。本発明はこれらの実施例により限定されるものでは
ない。 (研磨液作製方法)酸化金属溶解材としてDL−リンゴ
酸(試薬特級)0.15重量部に水70重量部を加えて
溶解し、これに保護膜形成剤としてベンゾトリアゾール
0.2重量部のメタノ−ル0.8重量部溶液と水溶性高
分子としてポリアクリル酸アンモニウム0.05重量部
(固形分量)を加えた。最後に金属の酸化剤として過酸
化水素水(試薬特級、30重量%水溶液)33.2重量
部を加えて得られたものを研磨液とした。
The present invention will be described below in detail with reference to examples. The present invention is not limited by these examples. (Method of preparing polishing liquid) 0.15 parts by weight of DL-malic acid (reagent grade) as a metal oxide dissolving material was dissolved by adding 70 parts by weight of water, and 0.2 parts by weight of benzotriazole as a protective film forming agent was added thereto. 0.8 part by weight of methanol solution and 0.05 part by weight (solid content) of ammonium polyacrylate as a water-soluble polymer were added. Finally, 33.2 parts by weight of aqueous hydrogen peroxide (reagent grade, 30% by weight aqueous solution) was added as a metal oxidizing agent to obtain a polishing liquid.

【0033】実施例1〜4では、上記の研磨液を用い
て、下記の研磨条件でCMPした。比較例では、上記の
研磨液にコロイダルシリカ(平均粒径100nm)4.
0重量部を加えて、下記の研磨条件でCMPした。
In Examples 1 to 4, CMP was performed using the above polishing liquid under the following polishing conditions. In the comparative example, colloidal silica (average particle diameter 100 nm) was added to the above polishing liquid.
After adding 0 parts by weight, CMP was performed under the following polishing conditions.

【0034】(研磨布作製方法)熱可塑性ポリウレタン
にコロイダルシリカを表中に示した重量を混錬した後湿
式凝固させ、さらに130℃で熱乾燥したものを研磨布
とした。
(Method of preparing polishing cloth) The thermoplastic polyurethane was kneaded with colloidal silica at the weight shown in the table, then wet-coagulated, and further heat-dried at 130 ° C. to obtain a polishing cloth.

【0035】(研磨条件) 基板:厚さ1μmの銅膜を形成したシリコン基板 研磨圧力:20.6kPa(210g/cm2) 基体と研磨定盤との相対速度:36m/min(研磨品
評価項目) CMP速度:銅膜のCMP前後での膜厚差を電気抵抗値
から換算して求めた。 エッチング速度:攪拌した研磨液(室温、25℃、攪拌
100rpm)への浸漬前後の銅層膜厚差を電気抵抗値
から換算して求めた。 また、ディッシングを評価するため、絶縁層中に深さ
0.5μmの溝を形成して公知のスパッタ法によって銅
膜を形成して公知の熱処理によって埋め込んだシリコン
基板を用いてCMPを行った。CMP後の基板の目視、
光学顕微鏡観察、及び電子顕微鏡観察によりディッシン
グ、エロ−ジョン及び研磨傷発生の有無を確認した。そ
の結果、エロ−ジョン及び研磨傷の発生は見られなかっ
た。 ディッシング:電子顕微鏡で観察した。 実施例1〜4及び比較例における、CMP速度及びディ
ッシングを評価した結果を表1に示した。
(Polishing Conditions) Substrate: Silicon substrate on which a copper film having a thickness of 1 μm was formed Polishing pressure: 20.6 kPa (210 g / cm 2 ) Relative speed between substrate and polishing platen: 36 m / min (polished product evaluation items) ) CMP rate: The difference in thickness of the copper film before and after the CMP was calculated from the electrical resistance value. Etching rate: The difference in the thickness of the copper layer before and after immersion in a stirred polishing liquid (room temperature, 25 ° C., 100 rpm with stirring) was calculated from the electrical resistance value. In order to evaluate dishing, CMP was performed using a silicon substrate in which a groove having a depth of 0.5 μm was formed in the insulating layer, a copper film was formed by a known sputtering method, and embedded by a known heat treatment. Visual inspection of the substrate after CMP,
The presence or absence of dishing, erosion and polishing scratches was confirmed by observation with an optical microscope and observation with an electron microscope. As a result, no erosion or polishing scratches were found. Dishing: Observed with an electron microscope. Table 1 shows the results of evaluating the CMP speed and dishing in Examples 1 to 4 and Comparative Example.

【0036】[0036]

【表1】 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 項目 研磨布材料 含有砥粒 砥粒重量部 CMP速度 ディッシング (wt%) (nm/min) (nm) −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 比較例 1 ウレタン 無添加 ― 401 156 実施例 1 ウレタン コロイダルシリカ 10 410 92 実施例 2 ウレタン コロイダルシリカ 30 570 117 実施例 3 ウレタン コロイダルアルミナ 10 460 93 実施例 4 ウレタン コロイダルアルミナ 30 580 134 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−Table 1 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− Item Polishing cloth material Contained abrasive grains Abrasive grain parts by weight CMP rate Dishing (wt%) (nm / min) (nm) ------------------------------------------------- Comparative Example 1 No urethane added-401 156 Example 1 Urethane colloidal silica 10 410 92 Example 2 Urethane colloidal silica 30 570 117 Example 3 Urethane colloidal alumina 10 460 93 Example 4 Urethane colloidal alumina 30 580 134 ---- −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−

【0037】比較例に示したように砥粒を含有した研磨
剤を使用すると、ディッシングが増加する。これらに対
し、実施例1〜4に示したように、砥粒を含まない研磨
剤と砥粒を含有した研磨布を併用し研磨すると、CMP
速度が変わらないにも関わらず、ディッシングを小さく
る。
When an abrasive containing abrasive grains is used as shown in the comparative example, dishing increases. On the other hand, as shown in Examples 1 to 4, when a polishing agent containing no abrasive grains and a polishing cloth containing the abrasive grains are used in combination, polishing is performed.
Reduce dishing, despite unchanged speed.

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明の研磨方法は、砥粒を実質的に含
まない研磨剤と砥粒を含有した研磨布を併用し研磨する
ことによりディッシングを低減し信頼性の高い埋め込み
パタ−ンを形成することができる。
According to the polishing method of the present invention, dishing is reduced by using a polishing agent containing substantially no abrasive grains and a polishing cloth containing abrasive grains in combination, and a highly reliable embedded pattern can be obtained. Can be formed.

フロントページの続き (72)発明者 内田 剛 茨城県つくば市和台48 日立化成工業株式 会社総合研究所内 (72)発明者 倉田 靖 茨城県つくば市和台48 日立化成工業株式 会社総合研究所内 (72)発明者 五十嵐 明子 茨城県つくば市和台48 日立化成工業株式 会社総合研究所内 Fターム(参考) 3C058 AA05 AA07 AC04 CA01 CB03Continued on the front page (72) Inventor Tsuyoshi Uchida 48 Wadai, Tsukuba, Ibaraki Pref., Hitachi Chemical Co., Ltd. (72) Inventor Yasushi Kurata 48 Wadai, Tsukuba, Ibaraki Pref., Hitachi Chemical Co., Ltd. (72 Inventor Akiko Igarashi 48 Wadai, Tsukuba-shi, Ibaraki F-term in Hitachi Chemical Co., Ltd. Research Laboratory (reference) 3C058 AA05 AA07 AC04 CA01 CB03

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 表面に凹凸の有る金属積層膜を有する基
板を研磨定盤に貼り付けた研磨布に押し付け、研磨布上
に研磨液を供給しながら前記基板と前記研磨定盤とを相
対的に動かすことにより、前記金属積層膜を研磨し表面
の凹凸を平坦化する研磨方法において、前記研磨布には
砥粒を含有した研磨布を使用し、前記研磨液に砥粒を含
まない研磨液または1重量%以下の砥粒を含む研磨液を
使用する研磨方法。
1. A substrate having a metal layered film having irregularities on its surface is pressed against a polishing cloth attached to a polishing table, and the substrate and the polishing table are relatively moved while supplying a polishing liquid onto the polishing cloth. In the polishing method for polishing the metal laminated film and flattening the surface irregularities by moving the polishing cloth, a polishing cloth containing abrasive grains is used as the polishing cloth, and the polishing liquid does not contain abrasive grains. Or, a polishing method using a polishing liquid containing 1% by weight or less of abrasive grains.
【請求項2】 研磨液が金属の酸化剤、酸化金属溶解
剤、保護膜形成剤、水溶性高分子及び水を含有する請求
項1に記載の研磨方法。
2. The polishing method according to claim 1, wherein the polishing liquid contains a metal oxidizing agent, a metal oxide dissolving agent, a protective film forming agent, a water-soluble polymer, and water.
【請求項3】 金属の酸化剤が、過酸化水素、硝酸、過
ヨウ素酸カリウム、次亜塩素酸及びオゾン水から選ばれ
る少なくとも1種である請求項2に記載の研磨方法。
3. The polishing method according to claim 2, wherein the metal oxidizing agent is at least one selected from hydrogen peroxide, nitric acid, potassium periodate, hypochlorous acid, and ozone water.
【請求項4】 酸化金属溶解剤が、有機酸、有機酸エス
テル、有機酸のアンモニウム塩及び硫酸から選ばれる少
なくとも1種である請求項2または請求項3に記載の研
磨方法。
4. The polishing method according to claim 2, wherein the metal oxide dissolving agent is at least one selected from organic acids, organic acid esters, ammonium salts of organic acids, and sulfuric acid.
【請求項5】 有機酸が、リンゴ酸、クエン酸、酒石
酸、グリコール酸から選ばれる少なくとも1種である請
求項4に記載の研磨方法。
5. The polishing method according to claim 4, wherein the organic acid is at least one selected from malic acid, citric acid, tartaric acid, and glycolic acid.
【請求項6】 保護膜形成剤が、ベンゾトリアゾール及
びベンゾトリアゾール誘導体から選ばれる少なくとも1
種である請求項2ないし請求項5のいずれかに記載の研
磨方法。
6. The protective film forming agent is at least one selected from benzotriazole and benzotriazole derivatives.
The polishing method according to any one of claims 2 to 5, which is a seed.
【請求項7】 水溶性高分子が、ポリアクリル酸及びポ
リアクリル酸の塩から選ばれる少なくとも1種である請
求項2ないし請求項6のいずれかに記載の研磨方法。
7. The polishing method according to claim 2, wherein the water-soluble polymer is at least one selected from polyacrylic acid and a salt of polyacrylic acid.
【請求項8】 研磨布がウレタン、ポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリテ
トラフルオロエチレン、アイオノマから選ばれる少なく
とも1種である請求項1ないし請求項7のいずれかに記
載の研磨方法。
8. The polishing method according to claim 1, wherein the polishing cloth is at least one selected from urethane, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polycarbonate, polytetrafluoroethylene, and ionomer.
【請求項9】 研磨布に含有する砥粒が、シリカ、アル
ミナ、セリア、ダイヤモンド及び樹脂から選ばれる少な
くとも1種である請求項1ないし請求項8のいずれかに
記載の研磨方法。
9. The polishing method according to claim 1, wherein the abrasive grains contained in the polishing cloth are at least one selected from silica, alumina, ceria, diamond, and resin.
【請求項10】 砥粒の粒径が、1〜1000nmであ
る請求項1ないし請求項9のいずれかに記載の研磨方
法。
10. The polishing method according to claim 1, wherein the abrasive has a particle size of 1 to 1000 nm.
【請求項11】 研磨される金属膜が、銅、銅合金から
選ばれる少なくとも1種を含む請求項1ないし請求項1
0のいずれかに記載の研磨方法。
11. The metal film to be polished includes at least one selected from copper and copper alloy.
0. The polishing method according to any one of 0.
【請求項12】 研磨される金属膜が、タンタル、タン
タル合金から選ばれる少なくとも1種を含む請求項1な
いし請求項10のいずれかに記載の研磨方法。
12. The polishing method according to claim 1, wherein the metal film to be polished includes at least one selected from tantalum and a tantalum alloy.
【請求項13】 研磨される金属膜が、チタン、チタン
合金から選ばれる少なくとも1種を含む請求項1ないし
請求項10のいずれかに記載の研磨方法。
13. The polishing method according to claim 1, wherein the metal film to be polished contains at least one selected from titanium and a titanium alloy.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010513693A (en) * 2006-12-20 2010-04-30 サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス,インコーポレイティド Method for machining inorganic and non-metallic workpieces

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