磨料组合物及其用途制造技术

本发明专利技术提供包含氧化剂和磨料颗粒的磨料组合物，磨料颗粒的平均粒度不大于２μｍ，磨料颗粒包含（ｉ）至少一种选自氧化铝和氧化硅的氧化物和（ｉｉ）氧化铈，氧化铈的量按铈计为金属氧化物重量的５－４０％。还提供使用该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。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磨料组合物以及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。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(诸如氢氧化钾之类)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线的孔。下一步，如图2(C)所示，用诸如溅射、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(诸如氮化钛层等)，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-型氧化铝等)、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。此外，用氧化铈作为绝缘层2的磨料颗粒是已知的。然而，据说由于在抛光完成时，对绝缘层2进行了不必要的抛光，丧失了绝缘层2的平面化，并且在绝缘层2上产生诸如微痕和桔皮色等缺陷，因此氧化铈不适于抛光半导体基材上的金属层3、金属层5和粘合层4。另外，低纯度的氧化铈含有放射性同位素杂质，因此当这种氧化铈用作磨料颗粒时，问题是如果它留在装置中，那么由含有的放射性同位素辐射的α-射线引起软失。另一方面，不带这类杂质的高纯度氧化铈非常昂贵，由于其成本，工业上难以应用高纯度氧化铈作为磨料颗粒。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，其问题是在抛光表面上产生缺陷，抛光速率低，对金属层和绝缘层的抛光选择性低，留有辐射α-射线的杂质。相反，本专利技术提供一个磨料组合物，它可以用作便宜的抛光组合物；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；避免α-射线辐射；可以通过抛光使半导体基材表面平面化。本专利技术也提供使用所述磨料组合物，抛光并使半导体基材上形成的金属层平面化的方法。本专利技术提供一个磨料组合物，它包含氧化剂和平均粒度不大于2μm的磨料颗粒，其中磨料颗粒包含(i)至少一种选自氧化铝和氧化硅的氧化物和(ii)氧化铈，氧化铈的量按铈计为氧化物(i)重量的5-40％。本专利技术也提供用包含氧化剂和磨料颗粒的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，其中磨料颗粒的平均粒度不大于2μm，磨料颗粒包含(i)至少一种选自氧化铝和氧化硅的氧化物和(ii)氧化铈，氧化铈的量按铈计为氧化物(i)重量的5-40％。本专利技术的磨料组合物包含氧化剂和磨料颗粒(它包含选自氧化铝和氧化硅的金属氧化物(i))，例如可以用作抛光组合物，用来将半导体基材上形成的金属层抛光和平面化。本专利技术的磨料颗粒包含氧化铈和一种选自氧化铝和氧化硅的氧化物(i)，用光散射法(例如微径迹法)测定的其次级颗粒的平均粒度不大于大约2μm，最好为大约0.1-1.5μm。氧化铈的含量按铈计大约为氧化物(i)重量的5-40％，最好为8-30％。当氧化铈含量按铈计低于大约氧化物(i)重量的5％，并将这类颗粒用于抛光组合物时，不能获得所需改进抛光速率的效果。另一方面，即使氧化铈的含量高于氧化物(i)重量的40％，也只满足抛光速率，而因此增加生产成本。在本专利技术中，氧化铈可以存在于氧化物(i)中或固定在氧化物(i)上，或可以覆盖在氧化物(i)的表面上，然而，氧化铈不仅与氧化物(i)混合。如果只混合氧化物(i)和氧化铈并将其用于磨料组合物，那么几乎不可能提高抛光速率。本专利技术的磨料组合物通常以浆料形式使用，其pH优选不高于大约pH7，更优选不高于大约pH5。当pH高于大约pH7时，抛光后金属层的表面外观不太好。尽管该pH取决于加入的氧化剂的种类和量，但它可以通过在上述氧化剂稳定的pH范围内加入酸性和/或碱性组分，适当地进行制备。本专利技术的磨料组合物含有氧化剂，因此可以抛光耐抛光金属层，同时借助于试剂氧化该表面，并可以提高抛光速率。所用的氧化剂实例包括已知的氧化剂，诸如过氧化氢、硝酸铁(III)、碘酸、碘酸盐、高氯酸和高氯酸盐。推荐的氧化剂实例包括过氧化氢和硝酸铁(III)等。氧化剂的用量最好大约为磨料组合物的0.5-15％(重量)或0.5-15％(体积)。将氧化剂加入磨料组合物中的时间不特别限制，如果氧化剂不改变组合物的性质，那么最好在抛光前立刻加入氧化剂。本专利技术磨料颗粒的BET比表面积优选为大约40-150m2/g，更优选为50-130m2/g。当BET比表面积小于大约40m2/g时，初级颗粒的粒度易于变大，并且易于在抛光表面上产生诸如微痕和桔皮色等缺陷。另一方面，当磨料颗粒的BET比表面积大于大约150m2/g时，由于磨料颗粒的结晶度低于BET比表面积不大于150m2/g的磨料颗粒，抛光速率不充分地增加。在本专利技术中，当氧化铝用作氧化物(i)时，最好使用晶形为过渡氧化铝的氧化铝和非晶形氧化铝。当使用α-型氧化铝时，易于在抛光表面产生缺陷。列出以下方法作为生产本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磨料组合物，它包含氧化剂和平均粒度不大于２μｍ的磨料颗粒，其中磨料颗粒包含（ｉ）至少一种选自氧化铝和氧化硅的氧化物和（ｉｉ）氧化铈，氧化铈的量按铈计为氧化物（ｉ）重量的５－４０％。

【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]