CMP用料浆以及制造半导体器件的方法技术

本文公开了一种ＣＭＰ用料浆，其包含溶剂、磨料颗粒及其ＨＬＢ值为７至２０的基于硅氧烷的表面活性剂。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉参考本申请是基于2003年2月14日提交的在先的日本专利申请No.2003-037179并要求其优先权的，上述专利申请的全文通过引用结合于此。
技术介绍
1、专利
本专利技术涉及CMP用料浆以及制造半导体器件的方法。本专利技术尤其涉及可在形成可用于安装高速逻辑LSI、系统LSI、存储/逻辑混合LSI等的镶嵌布线的过程中使用的CMP用料浆以及制造半导体器件的方法。2、相关技术的描述近年来，伴随着LSI集成化的发展，布线图正以高速度越来越微型化。特别是在其中的设计尺度为0.1μm或更小的下一代布线中，认为必需发展新材料以防止连线的RC延迟。因此，现已研究使用低电阻的Cu(ρ1.8μΩcm)作为布线材料并且使用低介电常数(k＜2.5)的绝缘膜作为绝缘材料。Cu布线主要用于通过使用CMP(化学机械抛光)所形成的镶嵌布线来使用。当通过CMP进行Cu布线的抛光时，可以有效地除去存在于连线之间的导电材料，因此使得到与通过RIE形成的连线、例如常规的Al布线相比较少可能引起短路的布线成为可能。因此CMP被认为是形成精细布线的方法中较具优势的。在通过上述CMP方法形成Cu的镶嵌布线时，需要该方法应该能够提供具有各种性能(例如优异的表面平整性、高抛光速率、低表面缺陷密度、低残留杂质密度以及足够的耐膜剥离)的布线。如果将具有低介电常数的有机绝缘膜(低k膜)用作层间绝缘膜，则可能确保较高的抛光速率。然而，与将常规无机SiO2膜用于实现除高抛光速率之外的所有上述性质的情况相比，有机绝缘膜的使用会遇到许多困难。尤其是在表面平整度方面，因使用CMP而造成的低k膜的损失(腐蚀)将变得严重。其主要原因可能归因于有机低k膜的机械强度与无机SiO2膜相比差得多。此外，由于大多数低k膜含有机成分，所以其表面是疏水的，这意味着疏水表面与亲水性磨料颗粒的相容性差，由此产生在布线图内磨料颗粒密度的不均匀性。为了在保持足够程度的抛光速率的同时进行导线的抛光而不损坏低k膜，已经提出使用含有氟基表面活性剂的料浆。然而，氟基表面活性剂是相当昂贵的，并且还可能对环境造成各种负面影响，这使氟基表面活性剂的处理变得不方便。此外，由于以下原因而难于将低k膜表面上残余杂质的密度足以降至最小。在利用CMP进行处理后，不可避免地将不需要的物质(例如粉尘(磨料颗粒和剪切碎片)以及未反应的料浆)残留在导线和绝缘膜的表面上。在常规方法中，使用含有有机酸或表面活性剂的洗涤溶液除去这些不需要的物质。然而，由于现在导线之间的间隙日益变窄，这样的洗涤方法对于除去这些不需要的物质不再有用。此外，由于在下一代布线中所要求的导线之间的间隙为0.1μm或更小，所以少量这样的非常小的、在现有技术中因不会引起任何实质性问题而被忽视的残余物质此时可能变成产生布线缺陷(例如连线之间的短路以及绝缘膜的耐电压性下降)的原因。另外，如上所述，低k膜的表面是疏水的，因此与水的相容性差。因此，在其使用CMP的处理过程中或者在其洗涤处理过程中，粉尘更有可能吸附到绝缘膜表面上。此外，由于不能除去吸附到绝缘膜上的粉尘，它可能成为阻止通常彼此电绝缘的连线的形成的主要原因。此外，低k膜具有易于产生划痕的缺点。另外，由于低k膜的附着强度固有地较差，不可能使用低k膜确保足够高的耐膜剥离，由此使其成为在Cu/低k膜的集成化过程中必须处理的重要且困难的问题之一。专利技术简述根据本专利技术的一种实施方案，CMP用料浆包含溶剂；磨料颗粒；和其HLB值为7至20的基于硅氧烷的表面活性剂。根据本专利技术的一种实施方案，制造半导体器件的方法包括在半导体基片上形成绝缘膜；在所述绝缘膜中形成凹槽部分；将导电材料沉积到所述凹槽部分内和所述绝缘膜上以形成导电层；和通过使用CMP用料浆的CMP除去沉积到所述绝缘膜上的导电材料以暴露出所述绝缘膜，所述CMP料浆包含溶剂、磨料颗粒以及其HLB值为7至20的基于硅氧烷的表面活性剂。根据本专利技术的另一种实施方案，制造半导体器件的方法包括在半导体基片上形成绝缘膜；在所述绝缘膜中形成凹槽部分；将导电材料沉积到所述凹槽部分内和所述绝缘膜上以形成导电层；除去沉积到所述绝缘膜上的所述导电材料以暴露出所述绝缘膜，同时选择性地留下沉积到所述凹槽部分内的所述导电材料，由此形成埋置式布线层；和使用包含其HLB值为7至20并且溶于水中的基于硅氧烷的表面活性剂的处理溶液处理所述埋置式布线层和所述绝缘膜的表面。附图的几种视图的简述附图说明图1A至1E是每一者均逐步显示形成Cu接触插头的方法的截面图2A和2B是显示产生现有技术中形成的凹槽部分的模型的截面图；图3是显示修整CMP时间与凹槽部分的尺寸之间的相互关系的图形；图4是显示可按照本专利技术的实施方案实现的抑制凹槽部分产生的模型的示意图；图5是显示树脂颗粒的浓度与剥离面积的比率之间的相互关系以及树脂颗粒的浓度和凹槽部分尺寸之间的相互关系的图形；和图6A至6C是每一者均逐步显示制造本专利技术的一种实施方案的半导体器件的方法的截面图。专利技术详述下面将参照附图详细地解释本专利技术的具体实施方案。首先描述通过使用常规料浆的CMP在含有疏水性低k膜材料的层间绝缘膜中形成Cu接触插头的一个例子，从而解释该常规方法所涉及的问题。在形成Cu多层布线时，通常使用其中同时形成通路接触部分和布线部分的双镶嵌(DD)法。对于难于使用DD法的绝缘膜，可以采用其中首先单独形成接触插头(通路插头)、然后形成布线部分的另一种方法。在该方法中，当实施CMP以形成插头时，绝缘膜的面积与其在形成布线部分时相比被加大了。因此，布线受到绝缘膜的严重影响，由此非常难于保证布线所要求的所有特征。图1A至1E是表示此类Cu接触插头的形成的一个例子的截面图。首先，如图1A所示，在例如由硅形成并且在其上形成半导体元件(未示出)的半导体基片10的表面上相继形成第一低介电常数绝缘膜11和第二低介电常数的绝缘膜12。第一低介电常数绝缘膜11可以由其相对介电常数低至小于2.5的低介电常数绝缘材料构成。例如，该第一低介电常数绝缘膜11可以由至少一种选自如下的薄膜来形成具有例如聚硅氧烷、氢倍半硅氧烷(hydrogensilsesquioxane)、聚乙基硅氧烷、甲基倍半硅氧烷等的硅氧烷骨架的薄膜；具有作为主要成分的例如聚亚芳基醚、聚苯并噁唑、聚苯并环丁烯等的有机树脂的膜；以及例如多孔二氧化硅膜的多孔薄膜。由这些薄膜中的任何一种所形成的第一绝缘膜11在物理强度方面具有易碎性。在第一绝缘膜11上形成的第二绝缘膜12起到覆盖绝缘膜的作用并且可以由其相对介电常数大于第一绝缘膜11的相对介电常数的绝缘材料形成。例如，第二绝缘膜12可以由至少一种其相对介电常数为2.5或更大并且选自SiC、SiCH、SiCN、SiOC、SiOCH的绝缘材料来形成。由任何这些材料所形成的第二低介电常数绝缘膜12的表面是疏水的。另外，起覆盖膜作用的第二绝缘膜可以由亲水性材料(例如SiO、SiOP、SiOF、SiON和SiN)来形成，或者由介电常数相对高的任何薄膜来形成。在此实施方案中，第一绝缘膜11通过旋涂法形成至厚度为400nm，第二绝缘膜12通过CVD法形成至厚度为100nm。在该第一绝缘膜11和第二绝缘膜12内分别形成接触窗口13至500nm深，如图1B所示。然后，如图1C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＣＭＰ用料浆，其包含：溶剂；磨料颗粒；和其ＨＬＢ值为７至２０的基于硅氧烷的表面活性剂。

【技术特征摘要】
JP 2003-2-14 037179/20031.一种CMP用料浆，其包含溶剂；磨料颗粒；和其HLB值为7至20的基于硅氧烷的表面活性剂。2.根据权利要求1的CMP用料浆，其中所述基于硅氧烷的表面活性剂的HLB值为10至17。3.根据权利要求1的CMP用料浆，其中所述基于硅氧烷的表面活性剂包含至少一种选自以下物质的共聚物聚氧乙烯/甲基聚硅氧烷共聚物、聚(氧乙烯/氧丙烯)甲基聚硅氧烷共聚物、聚氧乙烯烷基聚硅氧烷/聚氧丙烯烷基聚硅氧烷/二甲基聚硅氧烷共聚物，以及甲基聚硅氧烷/烷基甲基聚硅氧烷/聚(氧乙烯/氧丙烯)甲基聚硅氧烷共聚物。4.根据权利要求1的CMP用料浆，其中所述基于硅氧烷的表面活性剂的含量为0.001重量％至0.5重量％。5.根据权利要求1的CMP用料浆，其还包含树脂颗粒。6.根据权利要求5的CMP用料浆，其中所述树脂颗粒的含量为0.05重量％至1重量％。7.根据权利要求1的CMP用料浆，其还包含至少一种选自氧化剂、螯合络合剂和非基于硅氧烷的表面活性剂的成分。8.制造半导体器件的方法，该方法包括在半导体基片上形成绝缘膜；在所述绝缘膜中形成凹槽部分；将导电材料沉积到所述凹槽部分内及所述绝缘膜上从而形成导电层；和使用CMP用料浆、通过CMP除去沉积到所述绝缘膜上的导电材料以暴露出所述绝缘膜，所述CMP用料浆包含溶剂、磨料颗粒以及其HLB值为7至20的基于硅氧烷的表面活性剂。9.根据权利要求8的方法，其中包含在所述CMP用料浆中的所述基于硅氧烷的表面活性剂包含至少一种选自以下物质的共聚物聚氧乙烯/甲基聚硅氧烷共聚物、聚(氧乙烯/氧丙烯)甲基聚硅氧烷共聚物、聚氧乙烯烷基聚硅氧烷/聚氧丙烯烷基聚硅氧烷/二甲基聚硅氧烷共聚物和甲基聚硅氧烷/烷基甲基聚硅氧烷/聚(氧乙烯/氧丙烯)甲基聚硅氧烷共聚物。10.根据权利要求8的方法，其中所述基于硅氧烷的表面活性剂在所述CMP用料浆中的含量为0.001重量％至0.5重量％。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：松井之辉，南幅学，矢野博之，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]