研磨液及研磨方法技术

本发明专利技术提供一种半导体装置的配线形成步骤等中用于研磨的研磨液及研磨方法。特别是提供被研磨面即使由多种物质形成仍可以得到高度平坦性的被研磨面，并且可以抑制研磨后的金属残渣、研磨损伤的研磨液以及利用其的化学机械研磨方法。本发明专利技术的研磨液，含有全氟链烷磺酸、氧化金属溶解剂和水。本发明专利技术的研磨方法包括：研磨具有表面由凹部及凸部组成的层间绝缘膜、沿表面被覆前述层间绝缘膜的阻隔导体层和填充前述凹部被覆阻隔导体层的导电性物质层的基体的导电性物质，使前述凸部的阻隔导体层露出的第１研磨工序，和一边至少向阻隔导体层及凹部的导电性物质层供给本发明专利技术的研磨液一边进行化学机械研磨使凸部的层间绝缘膜露出的第２研磨工序。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在半导体装置的配线形成工序等中的研磨所使用的。
技术介绍
近年来，随着半导体集成电路(以下称LSI)的高集成化、高性能化，开发了新的微细加工技术。化学机械研磨(以下称CMP)法是其中之一，其是被频繁利用于LSI制造工序、特别是多层配线形成工序中层间绝缘膜的平坦化、金属管塞形成、埋入配线形成中的技术。该技术例如在美国专利第4944836号公报中被揭示。而且，最近为了提升LSI的高性能化，正在尝试利用铜及铜合金作为形成配线材料的导电性物质。但是，对于铜、铜合金，通过频繁用于以往的铝合金配线形成中的干蚀刻法的微细加工是困难的。因此，主要采用在预先形成沟的绝缘膜上堆积埋入铜或铜合金薄膜，然后通过CMP去除沟部以外的前述薄膜，形成埋入配线，即所谓的波形花纹法。该技术例如在特开平2-278822号中被揭示。研磨铜或铜合金等配线部用金属的金属CMP的一般方法是，在圆形研磨定盘(压板)上贴附研磨布(凸缘)，一边用金属用研磨液浸渍研磨布表面，一边将形成基板金属膜的面压附于研磨布表面，在由研磨布内面对金属膜施加规定压力(以下称为研磨压力)状态下旋转研磨定盘，通过研磨液与金属膜凸部的相对机械摩擦，去除凸部的金属膜。用于CMP的金属用研磨液通常由氧化剂及研磨粒构成，根据需要可以进一步添加氧化金属溶解剂、保护膜形成剂。首先通过氧化剂氧化金属膜表面，然后通过研磨粒磨削该氧化膜被认为是基本的机制。由于凹部的金属表面氧化层不太触及研磨凸缘，起不到研磨粒的磨削效果，因此，随着CMP进行去除凸部金属层从而使基板表面平坦化。对于其详细内容在Jeurnal of electrochemical society杂志第138卷11号(1991年专利技术)的3460-3464页被揭示。作为提高通过CMP的研磨速度的方法，添加氧化金属溶解剂是有效的。可以解释为是由于使通过研磨粒磨削的金属氧化物溶解在研磨液中(以下称为蚀刻)增加了通过研磨粒的磨削效果。通过添加氧化金属溶解剂提高了通过CMP的研磨速度，但是，另一方面，凹部金属膜表面的氧化层也被蚀刻露出金属膜表面，通过氧化剂金属膜表面进一步被氧化，反复如此，促进了凹部金属膜的蚀刻。因此，研磨后埋入的金属配线的表面中央部份出现如盘状的凹陷现象(以下称为大半径凹进成形)，损害平坦化效果。为防止该现象，需要进一步添加保护膜形成剂。保护膜形成剂在金属膜表面氧化层上形成保护膜，防止向氧化层研磨液中的溶解。该保护膜被希望是可以通过研磨粒容易地磨削，而不降低通过CMP的研磨速度。为抑制铜或铜合金的大半径凹进成形，形成高可靠性的LSI配线，提出了使用作为甘氨酸等氨基醋酸或酰胺硫酸形成的氧化金属溶解剂及保护膜形成剂含有BTA的CMP用研磨液的方法。该技术例如在特开平8-83780号被记载。在铜或铜合金等的波形花纹配线形成或钨等管塞配线形成等的金属埋入形成中，作为埋入部份以外形成的层间绝缘膜的二氧化硅膜的研磨速度也大时，则每个层间绝缘膜产生配线厚度变薄的凹陷。其结果是，由于出现配线抵抗的增加，因此，要求相对于被研磨的金属膜二氧化硅膜研磨速度为极小的特性。因此，为了通过由氧解离产生的阴离子抑制二氧化硅的研磨速度，提出了使研磨液PH比Pka-0.5大的方法。该技术例如在专利公报第2819196号中被记载。另外，在铜或铜合金等配线部用金属的下层中，作为防止向层间绝缘膜中的铜扩散、提高粘合性的阻隔导体层(以下称阻隔层)，例如可以形成钽、钽合金、氮化钽等钽化合物等的导体层。因此，在埋入铜或铜合金的配线部以外，需要通过CMP去除露出的阻隔层。但是这些阻隔层导体比铜或铜合金硬度较高，因此，即使组合铜或铜合金用的研磨材料也无法取得足够的研磨速度，而且，平坦性恶化的情况多。因此，由研磨配线部用金属的第1工序与研磨阻隔层的第2工序形成的2段研磨方法正在被研究。上述2段研磨方法中的研磨阻隔层的第2工序中，为呈平坦化，层间绝缘膜例如二氧化硅存在要求以是LOW-k(低导电率)膜的三甲基硅烷作为起始原料的有机硅酸酯玻璃或全芳香环系LOW·k膜的研磨的情况。此时，可举出为了在层间绝缘膜全部露出时被研磨面是平坦的，通过使阻隔层、配线部用金属的研磨速度与层间绝缘膜的研磨速度几乎相同，保持阻隔层、配线部用金属及层间绝缘膜的表面平坦性进行研磨的方法。为使层间绝缘膜的研磨速度提升至与阻隔层、配线部用金属相同，可以考虑增大阻隔层的导体用研磨液中的研磨粒的粒径，但是，存在的问题是，在铜或铜合金、氧化膜上产生研磨损伤，造成电特性差。另外，这样的电特性差由于通过CMP的研磨后没有洗净也会发生。另一方面，在CMP工序中不去除高密度配线部上的铜残渣，存在产生短路的问题。本专利技术基于上述问题，提供被研磨面平坦性高的研磨液。并且，提供层间绝缘膜的研磨速度与阻隔层、配线部用金属相同速度的研磨液。而且，通过该研磨液不降低阻隔层的研磨速度，就可以调节配线部的研磨速度。进而，可以抑制研磨后的金属残渣、研磨损伤。并且，本专利技术提供微细化、薄膜化、尺寸精度、电特性优越，可靠性高，低成本的半导体装置等制造中进行研磨的方法。
技术实现思路
本专利技术涉及(1)含有界面活性剂、氧化金属溶解剂及水的研磨液。本专利技术还涉及(2)含有有机溶剂、氧化金属溶解剂及水的研磨液。再者，本专利技术涉及以下的研磨液(3)含研磨粒的前述(1)或(2)记载的研磨液。(4)前述(3)记载的研磨液，其中，研磨粒为选自二氧化硅、氧化铝、二氧化铈、二氧化钛、氧化锆、二氧化锗中的至少1种。(5)前述(3)或(4)记载的研磨液，其中，研磨粒表面用烷基进行改性。另外，本专利技术涉及(6)含有研磨粒与水的研磨液，并且研磨粒的表面用烷基进行改性。本专利技术还涉及以下的研磨液(7)前述(6)记载的研磨液，其中，研磨粒为选自表面用烷基进行改性的二氧化硅、氧化铝、二氧化铈、二氧化钛、氧化锆、二氧化锗中的至少1种。(8)前述(6)或(7)记载的研磨液，其中，含有氧化金属溶解剂。(9)前述(6)～(8)中任一个记载的研磨液，其中，含界面活性剂及有机溶剂中至少1种。(10)前述(1)～(5)，(8)，(9)中任一个记载的研磨液，其中，氧化金属溶解剂为选自有机酸、有机酸酯、有机酸的铵盐及硫酸中的至少1种。(11)前述(2)～(5)，(9)，(10)中任一个记载的研磨液，其中，含有0.1～95重量％的有机溶剂。(12)前述(2)～(5)，(9)～(11)中任一个记载的研磨液，其中，有机溶剂为选自二醇类及其衍生物、醇类、碳酸酯类中的至少1种。(13)前述(1)，(3)～(5)，(9)～(12)中任一个记载的研磨液，其中，界面活性剂为选自非离子性界面活性剂、阴离子性界面活性剂中的至少1种。(14)前述(1)，(3)～(5)，(9)～(13)中任一个记载的研磨液，其中，界面活性剂为选自全氟链烷磺酸及其衍生物中的至少1种。(15)前述(1)，(3)～(5)，(9)～(13)中任一个记载的研磨液，其中，含0.00001～20重量％的界面活性剂。(16)前述(1)～(17)中任一个记载的研磨液，其中，含有金属氧化剂。(17)前述(16)记载的研磨液，其中，金属氧化剂为选自过氧化氢、硝酸、过碘酸钾、次氯酸及臭氧水中的至少1种。(18)前述(1)～(17)中任一个记载本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种研磨液，其特征在于，其含有全氟链烷磺酸、氧化金属溶解剂和水。

【技术特征摘要】
JP 2001-10-31 2001-334376;JP 2002-1-18 2002-0102801.一种研磨液，其特征在于，其含有全氟链烷磺酸、氧化金属溶解剂和水。2.根据权利要求1所述的研磨液，其特征在于，含有研磨粒。3.根据权利要求2所述的研磨液，其特征在于，所述研磨粒是选自二氧化硅、氧化铝、二氧化铈、二氧化钛、氧化锆、二氧化锗中的至少1种。4.根据权利要求2所述的研磨液，其特征在于，研磨粒的表面用烷基进行改性。5.根据权利要求1所述的研磨液，其特征在于，氧化金属溶解剂是选自有机酸、有机酸酯、有机酸的铵盐及硫酸中的至少1种。6.根据权利要求1所述的研磨液，其特征在于，含有金属氧化剂。7.根据权利要求6所述的研磨液，其特征在于，金属氧化剂是选自过氧化氢、硝酸、过碘酸钠、次氯酸及臭氧中的至少1种。8.根据权利要求1所述的研磨液，其特征在于，含有重均分子量大于等于500的水...

【专利技术属性】
技术研发人员：天野仓仁，樱田刚史，安西创，深泽正人，佐佐木晶市，
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]