CMP用研磨液以及研磨方法技術

本發明專利技術涉及CMP用研磨液以及研磨方法，該CMP用研磨液包含介質、分散在前述介質中的膠態二氧化硅粒子、氧化金屬溶解劑、金屬防蝕劑和氧化劑，膠態二氧化硅粒子滿足以下3個條件的全部。（1）從通過掃描電子顯微鏡觀察任意20個粒子所得到的圖像中得到的二軸平均一次粒徑（R1）為35～55nm；（2）與在（1）中求得的R1相同粒徑的正球體的比表面積計算值為S0，通過BET法測定的膠態二氧化硅粒子的比表面積為S1，用S0去除S1所得到的值為1.20以下；（3）在CMP用研磨液中，通過動態光散射方式粒度分布計測定的膠態二氧化硅粒子的二次粒徑（Rs）與在（1）中求得的R1的比Rs/R1為1.30以下。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種在半導體裝置的配線形成工序等中用于研磨的CMP用研磨液以及研磨方法。
技術介紹
近年來，隨著半導體集成電路(以下記作LSI)的高集成化、高性能化，新的微細加工技術也不斷被開發出來。化學機械研磨(以下記作CMP)法就是其中之一，其為在LSI制造工序特別是在多層配線形成工藝中經常使用的技術，用于層間絕緣膜的平坦化、金屬插塞的形成、埋入式配線的形成。該技術公開于例如專利文獻I中。另外，最近，為了使LSI高性能化，嘗試利用銅和銅合金作為構成配線材料的導電性物質。但是，銅或者銅合金很難通過以往的鋁合金配線形成中頻繁使用的干式蝕刻法進行微細化加工。因此，主要采用鑲嵌(damascene)法，所謂鑲嵌法是指，在預先形成有溝槽的絕緣膜上沉積并埋入銅或者銅合金薄膜，通過CMP除去溝槽部以外的所述薄膜，從而形成埋入式配線的方法。該技術公開于例如專利文獻2中。研磨銅或者銅合金等導電性物質的金屬CMP的通常方法為，將研磨墊(也稱為研磨布)貼附在圓形的研磨定盤(壓磨板)上，一邊用金屬膜用研磨液浸潰研磨墊表面，一邊將基板的形成有金屬膜的面按壓在研磨墊的表面，在從研磨墊的背面向金屬膜施加規定的壓力(以下記作研磨壓力)的狀態下，旋轉研磨定盤，通過研磨液和金屬膜的凸部的相對機械摩擦，除去凸部的金屬膜。用于CMP的金屬膜用研磨液通常包括氧化劑和研磨粒子，根據需要還可以進一步添加氧化金屬溶解劑、保護膜形成劑等。認為基本的機理是，首先通過氧化劑氧化金屬膜表面，再通過研磨粒子磨削該氧化層。因為凹部的金屬表面的氧化層不怎么與研磨墊接觸，研磨粒子起不到磨削效果，所以隨著CMP的進行，凸部的金屬層被除去，使得基板表面平坦化。關于其詳細情況，公開于例如非專利文獻I中。作為提高CMP的研磨速度的方法，添加氧化金屬溶解劑是有效的。這被解釋為，因為使研磨粒子磨削的金屬氧化物的顆粒溶解于研磨液中(以下記作蝕刻)時，研磨粒子起到的磨削效果增強。通過添加氧化金屬溶解劑，CMP的研磨速度得以提高，但是，另一方面，凹部的金屬膜表面的氧化層也被蝕刻，使得金屬膜表面露出時，金屬膜表面被氧化劑進一步氧化，如此反復進行，對凹部金屬膜進行蝕刻。因此，研磨后，埋入的金屬配線的表面中央部分產生像碟子似的下陷現象(以下記作碟陷(dishing))，損害平坦化效果。為了防止這種情況，進 一步添加保護膜形成劑。保護膜形成劑在金屬膜表面的氧化層上形成保護膜，防止氧化層向研磨液中溶解。希望該保護膜可以容易地被研磨粒子磨肖IJ，且不使CMP的研磨速度降低。為了抑制銅或者銅合金的蝶陷以及研磨中的腐蝕，形成可靠性高的LSI配線，提倡使用如下所述CMP用研磨液的方法含有作為氧化金屬溶解劑的甘氨酸等氨基乙酸或者酰胺硫酸以及作為保護膜形成劑的BTA (苯并三唑)。該技術記載于例如專利文獻3中。另一方面，如圖I (a)所示，在由銅或者銅合金等配線用金屬層所形成的導電性物質3的下層，形成有用于防止銅向層間絕緣膜I中擴散和提高密合性的阻擋金屬2的層(以下也稱為阻擋層)。作為阻擋金屬2，可以使用例如鉭、鉭合金、氮化鉭等鉭化合物等。在CMP工藝中，在埋入導電性物質的配線部以外的部分，有必要通過CMP除去露出的阻擋金屬2。但是，由于這些阻擋金屬2的硬度比導電性物質3高，因此即使組合導電性物質用的研磨材料也不能得到充分的研磨速度，而且很多情況下平坦性會變差。因此，研究出了這樣的2段研磨方法，其包括從圖I (a)到圖I (b)的狀態的研磨導電性物質3的第I工序、和從圖I (b)到圖I (c)的狀態的研磨阻擋金屬2的第2工序。在研磨阻擋金屬2的第2研磨工序中，為了提高平坦性，通常也會研磨凸部層間絕緣膜I的厚度的一部分(過度研磨)。對于層間絕緣膜I而言，氧化硅膜是主流，然而近年來，為了使得LSI高性能化，嘗試利用比氧化硅膜介電常數低的硅系材料或者有機聚合物，例如，作為Low-k (低介電常數)膜的以三甲基硅烷為起始原料的有機硅酸鹽玻璃和全芳香環系Low-k膜等。先前技術文獻專利文獻專利文獻I :美國專利第4944836號說明書專利文獻2 日本專利第1969537號公報專利文獻3 :日本專利第3397501號公報非專利文獻非專利文獻I :夕弋一于卟 才■/·工夕卜口夕務力卟y寸工亍4誌(Journalof Electrochemical Society), 1991 年，第 138 卷，11 號，p. 3460 3464。
技術實現思路
專利技術要解決的問題為了縮短研磨工序的時間、提高生產效率，阻擋金屬2以及層間絕緣膜I的研磨速度最好為高速。為了提高層間絕緣膜I的研磨速度，通常考慮例如提高CMP用研磨液中的研磨粒子的含有量、增大研磨液中的研磨粒子的粒徑。但是，無論在哪種情況下，分散穩定性都有劣化的傾向，容易發生研磨粒子的沉降。亦即，如果把研磨液保存一定的時間之后進行使用的話，就會出現這樣的問題層間絕緣膜的研磨速度容易降低，不能夠得到平坦性。因此，人們尋求這樣一種研磨液，其具有與以往的阻擋層用研磨液同等的阻擋層研磨速度，而且層間絕緣膜的研磨速度也要足夠快。鑒于上述問題點，本專利技術的目的是提供一種CMP用研磨液，該CMP用研磨液中的研磨粒子的分散穩定性良好，能夠以高速的層間絕緣膜的研磨速度進行研磨，在維持該特性的同時，阻擋層的研磨速度也是高速的。另外，本專利技術的另一目的是提供一種研磨方法，其用于制造具有優異的微細化、薄膜化、尺寸精度和電氣特性，且可靠性高、低成本的半導體裝置等。本專利技術為了解決上述課題，進行了各種研究，結果發現，把膠態二氧化硅粒子作為研磨使用，下面的方面是重要的因素前述膠態二氧化硅粒子的平均一次粒徑在規定的范圍內；粒子具有近似于正球體的形狀；在CMP用研 磨液中處于稍微會和的狀態。解決問題的手段更具體地，本專利技術發現CMP用研磨液，含有介質和分散在該前述介質中的膠態二氧化硅粒子，前述膠態二氧化硅粒子滿足下面(I) (3)所示的全部條件，則具有優異的特性(I)從通過掃描電子顯微鏡(SEM)觀察前述膠態二氧化硅粒子得到的圖像中選擇任意的20個粒子，所述20個粒子的二軸平均一次粒徑(R1)為35 55nm ；(2)具有與在前述(I)中求得的二軸平均一次粒徑(R1)相同粒徑的正球體的比表面積計算值為(Stl),通過BET法測定的前述膠態二氧化硅粒子的比表面積為(S1),用(Stl)去除(S1)所得到的值(S1ZX)為I. 20以下；(3)在CMP用研磨液中，通過動態光散射方式粒度分布計測定的前述膠態二氧化硅粒子的二次粒徑(Rs )與在前述(I)中求得的二軸平均一次粒徑(R1)的比(締合度RsZR1)為I. 30以下。另外，相對于100質量％的CMP用研磨液，如果前述膠態二氧化硅粒子的配合量為2. O 8. O質量％，則該CMP用研磨液將具有更加優異的特性。本專利技術公開的內容與2008年4月16日提出申請的日本特愿2008-106740號以及2009年I月6日提出申請的日本特愿2009-000875號記載的主題相關聯，它們的公開內容也通過引用的方式援引至此。專利技術效果根據本專利技術，得到能夠高速研磨層間絕緣膜的CMP用研磨液，能夠通過縮短研磨工序的時間來提高生產效率。另外，即使在研磨粒子的添加量與以往的相比相對少本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種CMP用研磨液，其特征在于，其含有介質、分散在所述介質中的膠態二氧化硅粒子、氧化金屬溶解劑、金屬防蝕劑和氧化劑，所述氧化金屬溶解劑選自有機酸、有機酸酯、有機酸的鹽、無機酸和無機酸的鹽，所述金屬防蝕劑選自具有三唑骨架的物質、具有吡唑骨架的物質、具有吡啶骨架的物質、具有咪唑骨架的物質、具有胍骨架的物質、具有噻唑骨架的物質和具有四唑骨架的物質，所述氧化劑選自過氧化氫、硝酸、過碘酸鉀、次氯酸和臭氧水中的至少一種，所述膠態二氧化硅粒子滿足下面（1）～（3）的條件：（1）從通過掃描電子顯微鏡觀察所述膠態二氧化硅粒子得到的圖像中選擇任意的20個粒子，所述20個粒子的二軸平均一次粒徑（R1）為35～55nm；（2）具有與在所述（1）中求得的二軸平均一次粒徑（R1）相同粒徑的正球體的比表面積計算值為S0，通過BET法測定的所述膠態二氧化硅粒子的比表面積為S1，用S0去除S1所得到的值S1/S0為1.20以下；（3）在CMP用研磨液中，通過動態光散射方式粒度分布計測定的所述膠態二氧化硅粒子的二次粒徑（Rs）與在所述（1）中求得的二軸平均一次粒徑（R1）的比（締合度：Rs/R1）為1.30以下。

【技術特征摘要】
2008.04.16 JP 2008-106740;2009.01.06 JP 2009-00081.一種CMP用研磨液,其特征在于,其含有介質、分散在所述介質中的膠態二氧化娃粒子、氧化金屬溶解劑、金屬防蝕劑和氧化劑， 所述氧化金屬溶解劑選自有機酸、有機酸酯、有機酸的鹽、無機酸和無機酸的鹽， 所述金屬防蝕劑選自具有三唑骨架的物質、具有吡唑骨架的物質、具有吡啶骨架的物質、具有咪唑骨架的物質、具有胍骨架的物質、具有噻唑骨架的物質和具有四唑骨架的物質， 所述氧化劑選自過氧化氫、硝酸、過碘酸鉀、次氯酸和臭氧水中的至少一種， 所述膠態二氧化硅粒子滿足下面(I) (3)的條件 (1)從通過掃描電子顯微鏡觀察所述膠態二氧化硅粒子得到的圖像中選擇任意的20個粒子，所述20個粒子的二軸平均一次粒徑(R1)為35 55nm ； (2)具有與在所述(I)中求得的二軸平均一次粒徑(R1)相同粒徑的正球體的比表面積計算值為Stl，通過BET法測定的所述膠態二氧化硅粒子的比表面積為S1，用Stl去除S1所得到的值S1ZX為1.20以下; (3)在CMP用研磨液中，通過動態光散射方式粒度分布計測定的所述膠態二氧化硅粒子的二次粒徑(Rs)與在所述(I)中求得的二軸平均一次粒徑(R1)的比(締合度1 / )為I. 30以下。2.一種濃縮漿料在CMP用研磨液中的應用，其特征在于，所述濃縮漿料含有介質和10質量％以上的分散在所述介質中的膠態二氧化硅粒子， 所述CMP用研磨液含有介質、膠態二氧化硅粒子、氧化金屬溶解劑、金屬防蝕劑和氧化劑， 所述氧化金屬溶解劑選自有機酸、有機酸酯、有機酸的鹽、無機酸和無機酸的鹽， 所述金屬防蝕劑選自具有三唑骨架的物質、具有吡唑骨架的物質、具有吡啶骨架的物質、具有咪唑骨架的物質、具有胍骨架的物質、具有噻唑骨架的物質和具有四唑骨架的物質， 所述氧化劑選自過氧化氫、硝酸、過碘酸鉀、次氯酸和臭氧水中的至少一種， 所述膠態二氧化硅粒子滿足下面(I) (3)的條件 (1)從通過掃描電子顯微鏡觀察所述膠態二氧化硅粒子得到的圖像中選擇任意的20個粒子，所述20個粒子的二軸平均一次粒徑(R1)為35 55nm ； (2)具有與在所述(I)中求得的二軸平均一次粒徑(R1)相同粒徑的正球體的比表面積計算值為Stl，通過BET法測定的所述膠態二氧化硅粒子的比表面積為S1，用Stl去除S1所得到的值S1ZX為1.20以下; (3)在CMP用研磨液中，通過動態光散射方式粒度分布計測定的所述膠態二氧化硅粒子的二次粒徑(Rs)與在所述(I)中求得的二軸平均一次粒徑(R1)的比(締合度1 / )為I.30以下。3.一種濃縮漿料，其特征在于，其為含有介質和10質量％以上的分散在所述介質中的膠態二氧化硅粒子的濃縮漿料， 所述膠態二氧化硅粒子滿足下面(I) (3)的條件 (I)從通過掃描電子顯微鏡觀察所述膠態二氧化硅粒子得到的圖像中選擇任意的20個粒子，所述20個粒子的二軸平均一次粒徑(R1)為35 55nm ；(2)具有與在所述(I)中求得的二軸平均一次粒徑(R1)相同粒徑的正球體的比表面積計算值為Stl，通過BET法測定的所述膠態二氧化硅粒子的比表面積為S1，用Stl去除S1所得到的值S1ZX為1.20以下; (3)在CMP用研磨液中，通過動態光散射方式粒度分布計測定的所述膠態二氧化硅粒子的二次粒徑(Rs)與在所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：筱田隆，田中孝明，金丸真美子，天野倉仁，
申請(專利權)人：日立化成工業株式會社，
類型：發明
國別省市：