研磨剂以及研磨方法技术

本发明专利技术提供在半导体集成电路装置的制造中研磨被研磨面中，具有高研磨速度、可抑制凹陷或磨蚀的产生的研磨剂。它是使在用于研磨半导体集成电路装置的被研磨面的化学、机械研磨用研磨剂中含有（Ａ）氧化物微粒、（Ｂ）普鲁兰多糖以及（Ｃ）水。还可以含有（Ｄ）氧化剂以及（Ｅ）式（１）所示的化合物，其中，Ｒ为氢原子、碳原子数为１～４的烷基、碳原子数为１～４的烷氧基或者羧基。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在半导体装置的制造工序中使用的研磨剂。尤其涉及在使用Cu系金属作为布线材料、使用钽系金属作为阻挡层材料来形成埋入式金属布线时适用的研磨剂以及使用其的半导体集成电路装置的被研磨面的研磨方法。
技术介绍
近年来，伴随着半导体集成电路的高集成化·高功能化，一直在探索可以实现微细化·高密度化的微细加工技术的开发。在半导体装置制造工序，特别是在形成多层布线的工序中，层间绝缘膜或埋入的布线的平坦化技术是非常重要的。即，通过半导体制造过程的微细化·高密度化，布线形成多层化，与之伴随在各层的表面的凹凸就容易增大，为了防止该高低差异超过光刻的焦深等问题，在多层布线形成工序中的高平坦化技术越来越重要了。作为布线材料，与以往使用的Al合金相比，Cu由于比电阻低、耐电迁移优良而受到关注。由于Cu的氯化物气体的蒸气压低，通过以往使用的反应性离子蚀刻法(RIEReactive Ion Etching)难以加工成布线形状，因此在布线的形成中使用嵌入式法。该方法是在绝缘层中形成布线用的槽图案或孔等凹部，接着在形成阻挡层之后，通过溅射法或镀敷法等成膜将Cu埋入到槽部，接着将多余的Cu和阻挡层通过化学、机械研磨法(CMPChemicalMechanical Polishing，以下称为CMP)除去，直到露出凹部以外的绝缘层表面，从而将表面平坦化，形成埋入式金属布线。近年来，这样同时形成在凹部埋入有Cu的Cu布线和导通孔部的双重嵌入式法成为主流。形成这种Cu埋入布线中，为了防止Cu向绝缘层中扩散，形成钽、钽合金或者窒化钽等钽化合物层作为阻挡层。因此在埋入Cu的布线部分之外，需要通过CMP除去露出的阻挡层。但是，由于阻挡层与Cu相比非常坚硬，因此常常不能得到充分的研磨速度。在此如附图说明图1所示，提出了由除去多余布线金属层的第1研磨工序和除去多余阻挡层的第2研磨工序形成的2段研磨法。图1是显示通过CMP形成埋入布线的方法的截面图。(a)显示了研磨前、(b)显示了除去多余布线金属层4的第1研磨工序结束之后、(c)显示了除去多余阻挡层3的第2研磨工序的过程中、(d)显示了该第2研磨工序结束之后。首先，如图1(a)所示在绝缘层2中形成槽。这是用于在Si基板1中形成埋入布线6的槽。在其上面形成阻挡层3，再在上面形成布线金属层4(Cu膜)，在第1研磨工序中除去多余布线金属层4。接着，在第2研磨工序中除去多余阻挡层3。通常第1研磨工序结束之后，产生称为凹陷7的布线金属层的损耗。因此在第2研磨工序中需要如下的做法，即，如(c)一样完全除去绝缘层上多余的阻挡层，同时绝缘层，使之如(d)所示与布线金属层成为同一平面，消减残留的凹陷7达到高度的平坦化。另外，在绝缘层2中使用低介电常数的材料时，有时在与阻挡层之间形成间隔(gap)层5。这种情况时，有时残留间隔层进行平坦化，有时完全除去间隔层，进行研磨直到露出低介电常数材料。(d)中显示了残留间隔层进行平坦化的情况。这样通过研磨来进行平坦化，但是使用以往的研磨剂的CMP中，存在Cu的埋入布线6的凹陷及磨蚀增大的问题。在此，凹陷如图1(c)或图2的符号7所示，是指过度研磨布线金属层4使其中央部呈凹陷的状态，在宽度大的布线部易发生。磨蚀是在细布线部或密集的布线部中易发生的现象，也就是如下的现象，即，如图2所示，与无布线图案的绝缘层部分(Global部)相比，过度研磨布线部的绝缘层2，绝缘层2部分变薄的现象。即，产生与Global部的研磨部分10相比被过度研磨的磨蚀部分8。另外在图2中省略了阻挡层3。使用以往的研磨剂时，由于相对于布线金属层4的研磨速度，阻挡层3的研磨速度小，因此在除去阻挡层3的过程中，将布线部的Cu过度研磨，产生了大的凹陷。另外，与布线密度低的部分相比，施加于高密度布线部的阻挡层3及其下的绝缘层2的研磨压力相对增大。因此，由于布线密度不同，第2研磨工序中研磨的进行程度也有很大不同，结果，将高密度布线部的绝缘层2过度研磨，产生大的磨蚀。如果发生凹陷或磨蚀，易引起布线电阻的增加或电迁移，存在使装置的可靠性下降的问题。作为阻挡层使用的钽或钽化合物很难化学蚀刻，另外，由于与Cu相比硬度高，因此不容易通过机械研磨来除去。如为了提高研磨速度增大磨粒的硬度，则在柔软的Cu布线上形成刮痕，易出现电气不良等问题。另外，如提高研磨剂中磨粒的浓度，则难以维持研磨剂中磨粒的分散状态，易出现产生经时的沉降或凝胶化等分散稳定性上的问题。另外，CMP中需要防止研磨中Cu的磨蚀。对Cu以及铜合金的磨蚀抑制剂中，作为最有效且被广泛利用的已知有苯并三唑(以下，称为BTA)及其衍生物(例如，参考《苯并三唑系抑制剂的磨蚀抑制机制以及其应用》(能登谷武纪、日本防锈技术协会，1986年，P.1))。该BTA在Cu以及铜合金表面形成致密的保护膜，抑制氧化还原反应，防止磨蚀。因此，作为防止Cu布线部的凹陷的添加物是有效的。使研磨剂中含有BTA或者其衍生物，在Cu的表面形成保护膜，从而防止凹陷。(例如，参考USP5,770,095号公报)。但是，如果只将BTA添加量增大，则Cu研磨速度下降，研磨时间增长，因此存在凹陷或磨蚀的缺陷增加的问题。以往，也研究了作为抑制凹陷的Cu保护膜形成剂之一的水溶性高分子。它们均是金属与阻挡层的研磨速度比(金属/阻挡层)大、金属与绝缘层的研磨速度比(金属/绝缘层)也大的研磨剂。即，其以高速研磨除去Cu的同时可抑制研磨阻挡层、绝缘层为目的。(例如，参考日本专利特开2001-144047号公报、日本专利特开2001-144048号公报、日本专利特开2001-144049号公报、日本专利特开2001-1440451号公报、日本专利特开2003-188120号公报)另外，在近年开发的以抑制信号延迟为目的的使用低介电常数绝缘层和铜布线的多层布线制造工序中使用的研磨剂中，也研究了水溶性高分子(例如，参考日本专利特开2003-68683号公报)。但是，这些研究均与研磨除去Cu的第1研磨工序相关。即，高速研磨阻挡层、以适度的研磨速度研磨Cu、消减绝缘层的同时实现高度平坦化的第2研磨工序中，至今还没有出现有效的研磨剂。这是因为如下的原因，即，对第1研磨工序的研磨剂，主要要求以高研磨速度研磨布线金属，与此相对，对第2研磨工序的研磨剂，要求以高研磨速度研磨阻挡层、以比研磨布线金属更高的研磨速度研磨绝缘层，两者的要求特性存在很大的不同。如上所述，CMP中第2研磨工序的作用是完全除去多余的阻挡层部分，同时减少在第1研磨工序中产生的凹陷。在图1中，当第1研磨工序中生成的凹陷的大小薄于阻挡层的膜厚时，第2研磨工序中可以只消除阻挡层来除去凹陷，也可不需要布线金属或绝缘层的研磨。但是，阻挡层的厚度小，一般在20～40nm，并且第1研磨工序中以高速研磨除去Cu，因此极难将凹陷抑制在比阻挡层的膜厚更薄的范围内。另外，在第1研磨工序中，当Cu研磨速度存在不同的情况时，由于需要用于完全除去面内的多余Cu残渣的超研磨，因此减小凹陷就更加困难了。因此，在第2研磨工序中，要求修复大于阻挡层的厚度的凹陷、实现高度的平坦化，该凹陷是在第1研磨工序中生成的。另外，一般如图2所示，在特细的布线或高密度布线中，与无布线图案的绝缘层部分(Globa本文档来自技高网...

【技术保护点】
研磨剂，它是在半导体集成电路装置的制造中用于研磨被研磨面的化学机械研磨用研磨剂，其特征在于，含有（Ａ）氧化物微粒、（Ｂ）普鲁兰多糖以及（Ｃ）水。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：竹宫聪，真丸幸惠，
申请(专利权)人：旭硝子株式会社，清美化学股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]