用于抛光半导体基材上的金属层的磨料组合物及其用途制造技术

本发明专利技术提供用来将半导体基材上的金属层抛光的磨料组合物，该磨料组合物包含氧化剂、含有氧化铈的磨料颗粒和可选的、包含至少一种选自（ａ）除氧化铈外的金属氧化物和（ｂ）氧化硅的氧化物的磨料颗粒，磨料颗粒的平均颗粒大小不大于３μｍ。还提供使用磨料组合物，将半导体基材上形成的金属层抛光和平面化的方法、增加半导体基材上金属层的均匀性的方法以及将半导体基材上的金属层抛光以防止发生断线的方法。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于抛光半导体基材上的金属层的磨料组合物以及用磨料组合物抛光金属层并使金属层平面化的方法。随着LSI技术的广泛发展，集成电路进一步微型化，经常制造出多层连接电路。集成电路的多层连接放大了半导体表面上的不匀性，而不匀性的存在引起印刷的中断以及电阻的局部增加。伴随着集成电路微型化的另一问题是，不匀性的存在引起线路中断、电流容量降低以及发生电迁徙等。因此，需要一个平面化技术，可使金属布线和多层连接基材的绝缘夹层平面化，并且降低薄层之间的不匀性。现已开发出各种平面化加工技术，其中之一是化学机械抛光技术(CMP法)。该技术在半导体生产中使绝缘夹层平面化、在线路板中形成嵌入式布线和形成插头接点时采用。附图说明图1显示了使用CMP法抛光装置的示意图。抛光如下进行。也就是说，通常将含有半导体材料的平的硅片(a)置于硅片托架(c)上，同时将等吸力引入硅片托架，以使硅片保持附着在硅片托架(c)上。支承抛光垫(b)的抛光压台(d)和支承硅片(a)的硅片托架(c)各自按照箭头所示的方向旋转，以进行抛光。在该过程中，绝缘层和布线的突出部分用硅片和抛光垫之间引入的抛光组合物抛光和平面化。抛光组合物中的材料和添加剂的性质以及抛光组合物中磨料颗粒的粒度严重影响抛光速率和抛光表面的表面状态。图2显示了用CMP法形成嵌入式金属布线板的一个实例。图2(A)-(E)都是剖视图，只显示金属布线部分。首先，如图(A)所示，在诸如硅基材之类的半导体基材1上形成绝缘层2，产生的绝缘层2用磨料组合物抛光和平面化。通过将胶质硅石与碱性组分(诸如氢氧化钾)或含有氧化铈的组合物混合获得的组合物，通常用作绝缘层的磨料组合物。如图2(B)所示，通过光刻法和刻蚀法，在绝缘层2中形成用于金属布线的槽或用于连接布线的孔。下一步，如图2(C)所示，用诸如溅射或化学汽相沉积(CVD法)之类的方法，在绝缘层2中的槽或孔上形成‘金属接触层’3(诸如钛层等)和粘合层4(诸如氮化钛层之类)，使得在绝缘层2和‘布线金属层’5之间不发生相互扩散或反应。下一步，如图2(D)所示，用诸如溅射或CVD法，在绝缘层2中形成的槽或孔中嵌入‘布线金属层’5，使得‘布线金属层’5的厚度大于绝缘层2中形成的槽或孔的深度。关于金属层5，通常使用钨层、铝层或铜层。下一步，如图2(E)所示，通过抛光除去金属层3、金属层5和粘合层4中除槽和孔中的组分以外的过量组分。为了抛光金属层3、金属层5和粘合层4，通常使用包含磨料颗粒(诸如氧化铝或氧化硅之类)和氧化剂(诸如过氧化氢之类)的磨料组合物。当用于抛光金属层3、金属层5和粘合层4的磨料颗粒为例如氧化铝时，α-型晶形氧化铝的硬度高，证明其抛光速率高，而这种氧化铝产生的缺点是，在金属层5和绝缘层2表面上形成诸如微痕和桔皮色之类的缺陷。或者，磨料颗粒为硬度低于α-型氧化铝的过渡氧化铝(诸如γ-型氧化铝之类)、非晶形氧化铝或氧化硅时，磨料颗粒可以抑制金属层5和绝缘层2表面上诸如微痕和桔皮色之类的缺陷的形成，而它产生的缺点是，在抛光金属层3、金属层5和粘合层4时不能获得足够的抛光速率。含有氧化铈主要组分而不含氧化剂的磨料组合物广泛地用作抛光绝缘层2的抛光组合物。例如，日本专利申请公开(JP-W)No.7(1995)-502778公开了一个磨料组合物，其pH为4-12，它包含的磨料颗粒含有大约30-50％(重量)的氧化铈、大约8-20％(重量)的锻制氧化硅和大约15-45％(重量)的沉淀氧化硅。据描述，该磨料组合物可以用来抛光诸如钨等的金属层5，也可以用来抛光绝缘层2。然而，当这些含有主要组分氧化铈而不含氧化剂的已知磨料组合物用作抛光组合物，抛光嵌入半导体基材绝缘层2中的金属层3时，对绝缘层2和金属层的抛光速率太大，对金属层和绝缘层的抛光选择性差，而且在抛光完成时对绝缘层进行了不必要的抛光。此外，日本专利申请公开(JP-A)No.8(1996)-153696描述了将含有低含量杂质(诸如钠等)的氧化铈磨料组合物中，以在不低于pH7.5的碱性pH范围内或不高于pH6.5的酸性pH范围内，用于有机和无机绝缘层。然而，没有使用该组合物抛光半导体基材上的金属层的描述。如上所述，在半导体生产过程中，使用常规抛光组合物使半导体基材上的金属层平面化时，其问题是例如在抛光表面上产生缺陷，抛光速率低或对金属层和绝缘层的抛光选择性低。相反，本专利技术提供用于抛光半导体基材上的金属层的磨料组合物，它可以用作抛光组合物；提供高抛光速率，而在半导体基材上形成的金属层上不产生缺陷；对金属层和绝缘层的抛光选择性出色；在绝缘层表面也不产生缺陷；可以通过抛光，使金属层和绝缘层表面平面化。本专利技术还提供使用磨料组合物，抛光并使半导体基材上形成的金属层平面化的方法，一个提供高抛光速率、而在半导体基材上的金属层上不产生缺陷的方法，一个增加半导体基材上的金属层表面均匀性的方法，以及防止发生线路中断、抛光半导体基材上的金属层表面的方法。本专利技术提供一个用于半导体基材上的金属层的磨料组合物，它包含氧化剂和磨料颗粒，磨料颗粒的平均粒度不大于3μm，包含氧化铈或含有氧化铈主要组分的金属氧化物。本专利技术也提供一个使用包含氧化剂和磨料颗粒(其平均粒度不大于3μm，包含氧化铈或含有氧化铈主要组分的金属氧化物)的磨料组合物，抛光和使半导体基材上形成的金属层平面化的方法。本专利技术的磨料组合物包含磨料颗粒和氧化剂。本专利技术的磨料颗粒是氧化铈或含有氧化铈主要组分的金属氧化物，用光散射法(微径迹法)测定的其次级颗粒的平均粒度为不大于大约3μm，最好为大约0.2-1.5μm。当磨料颗粒的平均粒度大于3μm并将这样的磨料颗粒用于磨料组合物中时，在抛光表面上形成诸如微痕和桔皮色缺陷。在本专利技术中，含有氧化铈主要组分的金属氧化物最好是含有不低于50％(重量)氧化铈的材料。当金属氧化物中氧化铈的含量低于大约50％(重量)时，抛光速率低，尽管可以使用例如氧化铈含量为例如不低于40％(重量)或不低于30％(重量)的金属氧化物。含有氧化铈的本专利技术金属氧化物，包含除氧化铈外的金属氧化物亚组分。亚组分最好为至少一种选自氧化铝、氧化硅、氧化钛和氧化锆的氧化物。亚组分优选氧化铝，更优选γ、δ、θ、κ或σ-型晶形过渡氧化铝或非晶形氧化铝的氧化铝。使用含有过渡氧化铝的金属氧化物时，抛光后的抛光表面极其平整，为出色的平面。然而，当混合α-型氧化铝时，有时可能产生在抛光表面上形成缺陷的缺点。生产亚组分的方法不特别限制，可以使用已知的方法。例如，可以使用在乙醇中水解金属醇盐的醇盐法、在氢氧焰中燃烧、蒸发和水解金属化合物的蒸气相法等。在本专利技术中，可以通过例如将主要组分氧化铈与亚组分氧化物在干燥或湿润条件下均匀混合，生产包含金属氧化物(含有氧化铈主要组分)的磨料颗粒。在本专利技术中，生产氧化铈的方法不特别限制，可以使用诸如使用氯化铈作为原材料的干燥氧化法、空气氧化法、氯法、使用磷酸铈作为原材料的磷酸盐法、用氟碳铈镧矿矿石作为原材料的方法等已知方法。在这些方法中，也可以使用市售的氧化铈。其实例包括由FujimiInc.生产的REMILLOX(商品名)和由Rhone-Poulence SA生产的OPALINE(商品名)。本专利技术的磨料组合物通常以浆料形式使用，其pH本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磨料组合物，它包含氧化剂、含有氧化铈的磨料颗粒和可选的、包含至少一种选自（ａ）除氧化铈外的金属氧化物和（ｂ）氧化硅的氧化物的磨料颗粒，磨料颗粒的平均粒度不大于３μｍ。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：酒谷能彰，上田和正，竹内美明，
申请(专利权)人：住友化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]