金属研磨液材料、金属研磨液、其制造方法及使用它的研磨方法技术

本发明专利技术可以提供一种含有氧化剂、氧化金属溶解剂、保护膜形成剂、该保护膜形成剂助剂和水的金属研磨液，其制造方法及使用其的研磨方法。而且作为这种金属研磨液的制备材料，本发明专利技术还可以提供一种含有氧化金属溶解剂、保护膜形成剂和该保护膜形成剂助剂的金属研磨液材料。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及特别适用于半导体器件装配工序的金属研磨液以及使用该金属研磨液的研磨方法。
技术介绍
近年来，随着半导体集成电路(以下记作LSI)的高集成化、高性能化而开发出一些新的精细加工技术。化学机械研磨法也是其中之一，该项技术是频繁用在LSI制造工序，特别是用于多层配线形成工序中使层间绝缘膜平坦化、金属接线柱的形成和镶埋配线的形成等上。此项技术例如公开在4944836号美国专利之中。最近为了使LSI高性能化，人们尝试使用铜合金作为配线材料。但是铜合金很难采用过去形成铝合金配线时频繁使用的干式腐蚀法进行精细加工。其中主要采用所谓“ダマシン”法，即在事先形成沟槽的绝缘膜上堆积埋入铜合金薄膜，利用CMP除去沟槽以外的铜合金薄膜，形成埋设的配线。此项技术例如公开在特开平2-278822号公报上。金属的CMP的一般方法是，在圆形固定研磨盘(研磨板上)贴附研磨垫，在研磨垫表面浸渍有金属用研磨液，将其压在形成了基体金属膜的表面上，从其里面施加预定压力(以下记作研磨压力)，在此状态下使固定研磨盘旋转，利用研磨液与金属膜凸起部分间产生的机械摩擦作用除去金属凸起部分的方法。CMP用的金属研磨液，一般由氧化剂和固体磨料组成，必要时还可以添加氧化金属溶解剂和保护膜形成剂。CMP的基本机理是，首先利用氧化作用将金属膜表面氧化，利用固体磨料将该氧化层的磨削除去。处于凹部的金属表面氧化层与研磨垫不接触，没有固体磨料的磨削效果，所以随着CMP的进行而除去处于凸起部位的金属层，因而达到使基体表面平坦化目的。关于其细节，公开在《电化学会志》(Journalof Electrochemical Society)第138卷11号(1991年发行)的3460～3464页上。为了提高CMP法的研磨速度，一般添加氧化金属溶解剂是有效的。这可以解释为通过将被固体磨料磨削下来的金属氧化物颗粒溶解在研磨液中，而增加固体磨料的磨削效果。添加氧化金属溶解剂虽然能够提高CMP的研磨速度，但是另一方面处于凹部的金属膜表面的氧化层也被腐蚀(溶解)了。金属膜表面一旦因此而露出，金属膜表面就会被氧化剂进一步氧化，一旦此过程反复出现，就会使处于凹部的金属膜被继续腐蚀。因此添加氧化金属溶解剂的场合下，研磨后就会出现被埋设的金属配线表面中央部分形成凹皿的洼皿现象(以下记作“洼皿现象”)，使平坦化效果降低。为了防止此现象发生，于是再添加保护膜形成剂。在这种金属研磨液中，处于凹部的金属膜表面的氧化层基本上不被腐蚀，但是磨削下来的氧化层颗粒却能有效地被溶解，因而能显著提高CMP的研磨速度，所以说重要的一点是应当综合考虑氧化金属溶解剂和保护膜形成剂的效果。因此，通过添加氧化金属溶解剂和保护膜形成剂而增加的化学反应效果，在提高CMP速度(采用CMP法的研磨速度)的同时，还能降低金属表面受到CMP的损伤(损坏)，可以得到这双重效果。然而，用含传统固体磨料的金属研磨液，利用CMP法形成埋设配线的场合下，会产生以下(1)～(4)中所说的问题。(1)被埋设的金属配线表面中央部位产生等方性腐蚀的凹曲(2)固体磨料产生研磨损伤(擦伤)(3)为了除去研磨后残留在基体表面的固体磨料颗粒，需要洗净操作，使工序变得复杂(4)固体磨料本身的价格和废液处理费用，使成本上升其他问题还有，金属研磨液大部分是水，需要盛装和搬运容器，在进行输送和研磨时保管和研磨装置也需要储罐等容器，储藏和制造需要相当大的空间，这对向金属研磨液的研磨装置中供液的自动化形成障碍。此外，搬运容器的回收利用也使费用增大。这些问题可以通过使用不含大量固体磨料的金属研磨液的浓缩液而得到改善。这种方法能降低研磨液制造商的生产成本，结果即使包括稀释浓缩液在内也能使成本降低。而且它优点是，使用浓缩液时，在不必扩大研磨液生产设备的规模，无需新设备投资的情况下，就能大量进行生产。此外考虑到使用浓缩液所能得到的效果，希望能制造10倍以上的浓缩液。另一方面，为了抑制凹曲现象和研磨中铜合金的腐蚀作用，形成可靠性高的LSI配线，提倡使用其中含有由氨基乙酸等氨基醋酸和酰胺基硫酸组成的氧化金属溶解剂，以及作为保护膜形成剂用苯并三唑(以下记作BTA)的金属研磨液。此项技术例如记载在特开平8-83780号公报之中。但是由于BTA在水中的溶解度低(2克/20℃100毫升水)，在部分金属研磨液不能浓缩10倍(例如含有0.2重量％BTA的金属研磨液只能浓缩5倍，浓缩10倍时在0℃以下析出)。因此，人们需要一种能够将研磨液浓缩10倍以上，在0℃以上通常环境下浓缩液中BTA不析出的金属研磨液。专利技术的公开本专利技术目的在于提供一种能够通过稀释高浓度金属研磨液材料容易制备的，能够形成高可靠性金属膜埋设图案的金属用研磨液。此外，本专利技术目的还在于提供这种金属用研磨液的制造方法、在其中使用的金属用研磨材料以及使用该研磨液的研磨方法。为了达到上述目的，本专利技术可以提供一种含有氧化剂、氧化金属溶解剂、保护膜形成剂、保护膜形成剂的溶解助剂和水的金属用研磨液。本专利技术的金属用研磨液虽然还可以含有磨料，但是实际上也可以不含固体磨料。含有固体磨料的场合下，能够实现高速研磨。另外，在不含固体磨料的场合下，由于依靠与固体磨料相比在机械上柔软得多的研磨垫的摩擦作用进行CMP操作，所以研磨损伤能得到显著减少。作为制备本专利技术的金属研磨液用材料，在本专利技术提供了一种含有氧化金属溶解剂、保护膜形成剂、该保护膜形成剂的溶解助剂的金属研磨液用材料，本专利技术的金属研磨液用材料还可以进一步含有氧化剂、水和/或磨料。使用本专利技术的金属研磨液材料，通过将其稀释，必要时补加适当成份，能够容易制备金属研磨液。因此，本专利技术提供一种金属研磨液的制造方法，其中包括用稀释剂稀释本专利技术金属研磨材料的稀释工序。稀释剂使用水或稀释用水溶液的适当的。所说的稀释用水溶液优选含有氧化剂、氧化金属溶解剂、保护膜形成剂和该保护膜形成剂的溶解助剂中至少一种材料。上述稀释工序可以设计成将含有由氧化剂、氧化金属溶解剂、保护膜形成剂和该保护膜形成剂的溶解助剂组成的成份组中至少一种材料的金属研磨液材料，以该成份组中至少一种成份的水溶液作为稀释用水溶液，将其稀释的工序。本专利技术的金属研磨液材料，可以是各成份全部被混合形成的组合物，也可以是含有各成分中任一成份的两种以上的组合物的组合。也就是说，本专利技术的金属研磨液材料，也可以设计成在互相不混合的状态下具有第一构成要素和第二构成要素。其中所说的第一构成要素，包括氧化剂、氧化金属溶解剂、上述保护膜形成剂和上述溶解助剂组成的成份组中至少一种成份，而第二构成要素含有该成份组中的其余成份。作为使用具有这样两种构成要素的金属研磨液材料制造金属研磨液的方法，本专利技术提供了一种金属研磨液的制造方法，该方法具有按照所需顺序将上述第一构成要素和第二构成要素以及稀释剂加以混合的混合工序。关于混合顺序并无特别限制，可以根据所用化合物的性质、混合液体的温度等适当选择。其中，第一构成要素最好包括氧化剂，而第二构成要素最好包括氧化金属溶解剂、保护膜形成剂和溶解助剂。第一构成要素必要时也可以含有保护膜形成剂和溶解助剂。而且第一和第二构成要素在必要时也可以分别含有其他成份。由于温度的升高将促进分解，不应使氧化剂处于40℃以上温度下。因此在这种混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属研磨液材料，其中含有氧化金属溶解剂、保护膜形成剂和该保护膜形成剂的溶解助剂。

【技术特征摘要】
JP 1998-12-28 372605/98;JP 1998-12-28 372608/981.一种金属研磨液材料，其中含有氧化金属溶解剂、保护膜形成剂和该保护膜形成剂的溶解助剂。2.按照权利要求1所述的金属研磨液材料，其中还含有氧化剂和水中至少一种物质。3.按照权利要求1所述的金属研磨液材料，其中具有所说的构成要素是将所说的氧化剂、所说的氧化金属溶解剂、所说的保护膜形成剂和所说的溶解助剂组成的物质组分成的两种构成要素，各构成要素互不混合。4.按照权利要求1或2所述的金属研磨液材料，其中所说的溶解助剂是表面活性剂。5.按照权利要求4所述的金属研磨液材料，其中所说的表面活性剂是酯、醚、多糖类、氨基酸盐、多羧酸、多羧酸盐类、乙烯基聚合物、磺酸、磺酸盐和酰胺中一种或以上物质。6.按照权利要求1或2所述的金属研磨液材料，其中所说的溶解助剂是所说的保护膜形成剂的溶解度高于25克/升的溶剂。7.按照权利要求6所述的金属研磨液材料，其中所说的溶剂是所说的保护膜形成剂的优良溶剂。8.按照权利要求6所述的金属研磨液材料，其中所说的溶剂是醇、醚和酮中任何一种或以上溶剂。9.按照权利要求6所述的金属研磨液材料，其中所说的溶剂的加入量相对于100克所说的金属研磨液材料总量而言低于50克。10.按照权利要求1或2所述的金属研磨液材料，其中所说的保护膜形成剂中至少一部分是平均粒径100毫微米或以下的固体。11.按照权利要求1或2所述的金属研磨液材料，其中还含有磨料。12.一种金属研磨液，其中含有氧化剂、氧化金属溶解剂、保护膜形成剂和该保护膜形成剂的溶解助剂。13.按照权利要求12所述的金属研磨液，其中所说的溶解助剂是表面活性剂。14.按照权利要求12所述的金属研磨液，其中所说的溶解助剂是所说的保护膜形成剂的溶解度高于25克/升的溶剂。15.按照权利要求12所述的金属研磨液，其中所说的保护膜形成剂中至少一部分是平均粒径100毫微米或以下的固体。16.按照权利要求12所述的金属研磨液，其中还含有磨料...

【专利技术属性】
技术研发人员：内田刚，星野铁哉，寺崎裕树，上方康雄，小山直之，本间喜夫，近藤诚一，
申请(专利权)人：日立化成工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]