專利名稱：化學(xué)機(jī)械研磨劑組合及其化學(xué)機(jī)械研磨方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到由含有研磨粉粒的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體和含有雜環(huán)有機(jī)化合物的化學(xué)機(jī)械研磨用水性成分而組成的化學(xué)機(jī)械研磨劑組合。
背景技術(shù)：
近年來，隨著半導(dǎo)體設(shè)備的高精度化，其線路也越來越變得微細(xì)。作為能使線路進(jìn)一步微細(xì)化的技術(shù)，受到注目的有鑲嵌法。這種方法是，在絕緣材料的預(yù)設(shè)的槽溝里埋入線路材料后，用化學(xué)機(jī)械研磨消除多余的線路材料，從而形成所需的線路。
現(xiàn)有的化學(xué)機(jī)械研磨中，如以銅作為線路材料進(jìn)行配線時(shí)，因銅線路部位過度被研磨，容易使銅線路部位呈凹狀。這種凹狀線路狀態(tài)叫做凹陷(dishing)或者燒蝕(erosion)，是降低半導(dǎo)體設(shè)備合格率的原因之一。
縮短研磨時(shí)間可減少凹陷，但有可能使絕緣材料及隔離金屬層的表面仍殘留著銅。這種殘留物在隔離金屬被研磨后仍殘留于絕緣材料表面，而使產(chǎn)品合格率大為降低。
還有線路材料及絕緣材料上留下的刮痕，研磨中銅線路部位被腐蝕(corrosion)現(xiàn)象也對產(chǎn)品合格率有很大影響。
為了減少凹陷和燒蝕，提高半導(dǎo)體晶片表面的平滑性，以及防止刮痕，腐蝕，研究人員提出了各種研磨用組合物方案。
例如，在特開平10-163141號公報(bào)，公開了由研磨劑，水，三鐵化合物組成的銅膜研磨劑組合可有效消除凹陷和刮痕。在特開平2000-160141號公報(bào)中公開了由研磨劑，α-丙氨酸，過氧化氫，水組成的研磨劑組合可有效抑制凹陷和燒蝕，可得到平整優(yōu)良的研磨面。在特開平10-44047號公報(bào)中公開了含有水性媒體，研磨劑，氧化劑和有機(jī)酸的化學(xué)機(jī)械研磨用漿液，可調(diào)整表面的不平整，缺陷，腐蝕至最小，及使用界面活性劑可改善半導(dǎo)體晶片表面的平整性。
現(xiàn)有的化學(xué)機(jī)械研磨中，為了完全消除隔離金屬層上多余的銅，研磨時(shí)有必要在隔離金屬層露出以后繼續(xù)研磨(過度研磨)。而這樣會使線路的部分產(chǎn)生大面積的凹陷或者過度研磨時(shí)發(fā)生銅線路部分的腐蝕(corrosion)，從而顯著降低產(chǎn)品合格率。所以需要有一種可防止過度研磨時(shí)凹陷的擴(kuò)大及腐蝕的發(fā)生的方法。即從提高研磨工程中產(chǎn)品合格率的觀點(diǎn)出發(fā)需要開發(fā)一種高性能研磨方法及研磨劑。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)所帶來的問題，本發(fā)明提供了一種研磨方法及研磨劑用來防止過度研磨時(shí)的凹陷之?dāng)U大及線路部分的腐蝕，從而提高產(chǎn)品合格率。
發(fā)明內(nèi)容為了解決上述問題，本發(fā)明人進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)用含有研磨粉粒的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)進(jìn)行研磨后，并用上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)和含有一種以上雜環(huán)有機(jī)化合物的化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(B)來研磨，可防止過度研磨時(shí)凹陷的擴(kuò)大及線路部分的腐蝕，以至達(dá)到了本發(fā)明的目的。
即，本發(fā)明所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨劑組合由含有研磨粉粒的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)，以及至少含有一種雜環(huán)有機(jī)化合物并不與上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)形成混合狀態(tài)的化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(B)來組合而成，而且上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(B)最好再含有界面活性劑。
上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(B)最好是，①不含研磨粉粒或者其含有研磨粉粒濃度低于上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)的研磨粉粒濃度的1/2，②含有濃度為0.005～3重量％的雜環(huán)有機(jī)化合物，再可含有濃度為0.005～1重量％的界面活性劑。
另外，上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)還可含有氧化劑，而上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(B)不含氧化劑或所含氧化劑濃度低于上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)中氧化劑濃度的1/2。
上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)可含有濃度為0.01～5重量％的研磨粉粒，含有濃度為0.01～5重量％的雜環(huán)有機(jī)化合物，含有濃度為0.01～2重量％的界面活性劑，含有濃度為0.01～9重量％的氧化劑。
本發(fā)明涉及一種化學(xué)機(jī)械研磨方法，即一種半導(dǎo)體基板，它由設(shè)有槽溝的基板材及埋入在該槽溝里的金屬材料組成，該金屬材料則形成金屬線路部分；在制造上述半導(dǎo)體基板時(shí)，對半導(dǎo)體基板上設(shè)有金屬線路的平面上形成的金屬層實(shí)施化學(xué)機(jī)械研磨。其特征是，一邊提供含有研磨粉粒的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)，一邊進(jìn)行研磨，直到上述金屬線路部分之外的非線路領(lǐng)域露出與上述金屬層不同的層面；然后對殘留在上述非線路領(lǐng)域的金屬層進(jìn)行研磨，這時(shí)除了使用上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)之外，加上含有一種以上雜環(huán)有機(jī)化合物的化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(B)。
發(fā)明效果本發(fā)明所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨劑組合及其化學(xué)機(jī)械研磨方法，可抑止由過度研磨引起的凹陷的擴(kuò)大及腐蝕的發(fā)生，從而防止產(chǎn)品合格率的下降。


圖1為本發(fā)明中化學(xué)機(jī)械研磨方法各程序的一個(gè)實(shí)施例的工程示意圖。
圖2為本發(fā)明中化學(xué)機(jī)械研磨方法各程序的另一個(gè)實(shí)施例的工程示意圖。
圖3為表示過度研磨時(shí)間與到達(dá)端點(diǎn)的研磨時(shí)間的比例和產(chǎn)生凹陷的關(guān)系的圖表。
符號說明1 金屬材料(金屬線路部分)2 基板材2a 非線路領(lǐng)域3a 基板材槽溝部分的隔離金屬層
3b 非線路領(lǐng)域上的隔離金屬層4金屬層4a 殘留金屬層具體實(shí)施方式
[化學(xué)機(jī)械研磨劑組合]本發(fā)明中的化學(xué)機(jī)械研磨劑組合，由含有研磨粉粒的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)，以及至少含有一種雜環(huán)有機(jī)化合物并不與化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)形成混合狀態(tài)的化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(B)來組合而成。這種化學(xué)機(jī)械研磨劑組合在用于化學(xué)機(jī)械研磨之前，化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)和化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(B)并不是混合狀態(tài)；用于化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)，化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)是單獨(dú)或者與化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(B)混合使用。這里所說的混合，指的是在研磨時(shí)水性分散體(A)和水性組成物(B)混合在一起的狀態(tài)，可以是水性分散體(A)和水性組成物(B)預(yù)先混合后供給到研磨裝置，也可以是分別獨(dú)立供給到研磨裝置，在研磨裝置內(nèi)部或研磨墊上進(jìn)行混合。
(A)化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)，只要是研磨金屬膜的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體，對其構(gòu)成并無特殊要求。加入研磨粉粒，必要時(shí)加雜環(huán)有機(jī)化合物，界面活性劑，氧化劑其效果會更好。
(研磨粉粒)用于水性分散體(A)的研磨粉粒，可用無機(jī)粒子或有機(jī)無機(jī)合成粒子。
無機(jī)粒子中有，用熱解法，把氯化硅，氯化鋁，氯化鈦等和氧氣，氫氣在氣態(tài)中進(jìn)行合成反應(yīng)，而產(chǎn)生出來的熱解氧化硅，熱解氧化鋁，熱解氧化鈦；用溶膠與凝膠相互轉(zhuǎn)換的方法把金屬醇鹽加水分解縮聚，合成出來的硅；用無機(jī)膠體法進(jìn)行合成，通過精制除去不純物而產(chǎn)生的高純度膠質(zhì)硅。
有機(jī)無機(jī)合成粒子，只要有機(jī)粒子和無機(jī)粒子在研磨時(shí)不易分離，對其種類，構(gòu)成無特別要求。例如，在聚苯乙烯，聚甲烯酸甲酯等聚合物粒子存在下，對烷氧基硅烷，鋁醇鹽，鈦醇鹽進(jìn)行縮聚反應(yīng)，使聚合物粒子表面形成聚硅氧烷，聚鋁氧烷，聚鈦氧烷等縮聚物。這種縮聚物可以是與聚合物粒子的官能團(tuán)直接結(jié)合的形式，也可以是通過硅烷聯(lián)結(jié)劑結(jié)合的形式。
再者，可用上述聚合物粒子和硅粒子，氧化鋁粒子，氧化鈦粒子通過反應(yīng)形成。這時(shí)，上述合成粒子把聚硅氧烷，聚鋁氧烷，聚鈦氧烷等縮聚物作為粘合劑，在聚合物粒子表面形成氧化硅等粒子，也可以是氧化硅等粒子擁有的羥基等官能團(tuán)和聚合物粒子的官能團(tuán)相互結(jié)合而成。
有機(jī)無機(jī)合成粒子，也可以是Z-電位符號相反的有機(jī)粒子和無機(jī)粒子在水性分散體中以靜電力的作用結(jié)合而成的合成粒子。
有機(jī)粒子的Z-電位在全PH領(lǐng)域，或除了低PH領(lǐng)域的廣泛的PH領(lǐng)域中其電性多為負(fù)。有機(jī)粒子擁有羧基，亞磺酸基等，其Z-電位為負(fù)的可能性高。如有機(jī)粒子擁有氨基，在特定PH領(lǐng)域，其Z-電位為正。
無機(jī)粒子的Z-電位，其PH依存度較高，并擁有Z-電位為零的等電位點(diǎn)，隨著PH值的變化，在零電位點(diǎn)處前后其Z-電位的符號反轉(zhuǎn)。
因此，把特定的有機(jī)粒子和無機(jī)粒子，在其Z-電位呈相反符號的PH領(lǐng)域里混合，用靜電力可結(jié)合有機(jī)粒子和無機(jī)粒子使其形成為合成粒子。即使在混合時(shí)的PH領(lǐng)域中兩者Z-電位是同符號，之后用改變PH值的方法，把一粒子，特別是無機(jī)粒子的Z-電位變成相反符號，也可形成結(jié)合。
這種以靜電結(jié)合起來的合成粒子存在的環(huán)境下，對烷氧基硅烷，鋁醇鹽，鈦醇鹽等進(jìn)行縮聚，至少在合成粒子表面形成聚硅氧烷，聚鋁氧烷，聚鈦氧烷等縮聚物。
研磨粉粒的平均粒子徑以5～1000nm為佳。平均粒子徑可用激光散射回折型測定器或透過性電子顯微鏡來測定。平均粒子徑小于5nm，可能得不到具有充分研磨速度的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體。超過1000nm，對凹陷與燒蝕的抑制不夠充分，還因研磨粉粒的沉淀，分離而得不到穩(wěn)定的水性分散體。研磨粉粒的平均粒子徑在上述范圍中之10～700nm為佳，15～500nm為更佳。平均粒子徑在此范圍時(shí)，研磨效率高，可有效抑制凹陷與燒蝕的發(fā)生，并且不易發(fā)生粒子的沉淀，分離，從而得到穩(wěn)定的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體。
因?yàn)殍F，鎳，鉛等金屬離子殘留在化學(xué)機(jī)械研磨處理后的半導(dǎo)體裝置上會引起產(chǎn)品合格率的下降，所以研磨粉粒中這些金屬離子的含有量通常不宜超過10ppm，最好為5ppm以下，理想的為3ppm，或進(jìn)一步1ppm以下。當(dāng)然，研磨粉粒中不含這些金屬離子最理想。
上述研磨粉粒在化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)全量中所占的比例，理想的為0.01～5重量％，更理想的為0.02～4重量％。其量小于0.01重量％就得不到理想的研磨速度，而其量大于5重量％，成本將會上升，水性分散體(A)的穩(wěn)定性也會下降。
(雜環(huán)有機(jī)化合物)用于水性分散體(A)的雜環(huán)有機(jī)化合物應(yīng)含有一種以上的雜環(huán)，該雜環(huán)應(yīng)從含有一個(gè)以上氮原子的雜五環(huán)及雜六環(huán)中選擇。上述雜環(huán)有，吡咯結(jié)構(gòu)，咪唑啉結(jié)構(gòu)，三唑結(jié)構(gòu)等雜五環(huán)；吡啶結(jié)構(gòu)，嘧啶結(jié)構(gòu)，噠嗪結(jié)構(gòu)，吡嗪結(jié)構(gòu)等雜六環(huán)。這種雜環(huán)可形成縮聚環(huán)。具體有，氮茚基結(jié)構(gòu)，異氮茚基結(jié)構(gòu)，苯并咪唑結(jié)構(gòu)，苯并三唑結(jié)構(gòu)，喹啉結(jié)構(gòu)，異喹啉結(jié)構(gòu)，喹唑啉結(jié)構(gòu)，噌啉結(jié)構(gòu)，酞嗪結(jié)構(gòu)，喹喔啉結(jié)構(gòu)，吖啶結(jié)構(gòu)等。
上述結(jié)構(gòu)的有機(jī)化合物中，吡啶結(jié)構(gòu)，喹啉結(jié)構(gòu)，苯并咪唑結(jié)構(gòu)，苯并三唑結(jié)構(gòu)等較為理想。作為有機(jī)化合物，喹啉酸，喹吶晶酸，苯并咪唑酸，苯并三唑酸較理想，其中喹啉酸，喹吶晶酸更為理想。
上述雜環(huán)有機(jī)化合物在化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)全量中所占的比例應(yīng)以0.01～5重量％為佳。其比例低于0.01重量％，就得不到理想的研磨速度，雜環(huán)有機(jī)化合物含量為5重量％時(shí)能得到充分效果，從經(jīng)濟(jì)性觀點(diǎn)來看沒有必要超過5重量％。
(界面活性劑)用于水性分散體(A)的界面活性劑里有，陽離子系界面活性劑，陰離子系界面活性劑，及非離子系界面活性劑。
陽離子系界面活性劑里有脂族胺鹽，脂族銨鹽。
陰離子系界面活性劑里有，脂肪酸肥皂；烷基醚羧酸鹽中的羧酸鹽；烷基苯磺酸鹽，烷基萘磺酸鹽，α-烯磺酸鹽等的磺酸鹽；高級醇硫酸酯，烷基醚硫酸酯等硫酸鹽；磷酸烷基酯等磷酸鹽。
非離子系界面活性劑里有，聚氧乙烯烷基醚等醚型界面活性劑；甘油酯中的聚氧乙烯醚酯等醚酯型界面活性劑；聚乙二醇脂肪酸酯，甘油酯，山梨聚糖酯等酯型界面活性劑；乙炔二醇；乙炔二醇的乙烯氧化物附加物；乙炔醇等。
界面活性劑對化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)全量中的比例應(yīng)在2重量％以下，0.01～2重量％為更佳。界面活性劑比例在0.01重量％以下，會對凹陷與燒蝕的抑制不夠充分，而高于2重量％可能會降低研磨速度，會對發(fā)泡現(xiàn)象的抑制也不充分。
(氧化劑)用于水性分散體(A)的氧化劑里有，過氧化氫；過醋酸，過苯甲酸，三級丁基氫過氧化物等有機(jī)過氧化物；過錳酸鉀等過錳酸化合物；重鉻酸鉀等重鉻酸化合物；碘酸鉀等鹵素酸化合物；硝酸，硝酸鐵等硝酸化合物；過氯酸等過鹵素酸化合物；過硫酸鹽銨等過硫酸鹽；雜多酸等。包含這種氧化劑可提高研磨速度。
上述氧化劑中，因其分解生成物無害，過氧化氫，有機(jī)過氧化物及過硫酸銨等過硫酸鹽為理想的材料。
上述氧化劑在化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)全量中所占的比例應(yīng)為0.01～9重量％之內(nèi)，理想的為0.02～6重量％，更理想的為0.03～5重量％。氧化劑比例低于0.01重量％，銅的氧化作用就不夠充分，而且使研磨速度降低?？紤]到經(jīng)濟(jì)性，氧化劑比例不宜高于9重量％。
(其它添加劑)有必要時(shí)化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)中可加入各種添加劑。這樣可提高分散穩(wěn)定性，或提高研磨速度，或用于當(dāng)研磨兩種以上不同硬度的被研磨膜時(shí)調(diào)整其被研磨膜之間的研磨速度的差異。
總之，包含有機(jī)酸或無機(jī)酸可獲得研磨速度更高的水性分散體(A)。有機(jī)酸里有，對甲基苯磺酸，十二烷基苯磺酸，異戊-間-二烯磺酸，葡萄糖酸，乳酸，檸檬酸，酒石酸，蘋果酸，二醇酸，丙二酸，蟻酸，草酸，琥珀酸，反丁烯二酸，馬來酸，鄰苯二甲酸等。無機(jī)酸里有硝酸，硫酸，磷酸等。這些酸可單獨(dú)使用，也可以并用兩種以上。還有甘氨酸，丙氨酸，谷氨酸等氨基酸；尿素，聚乙烯丙烯氨化物，聚乙烯丙烯酸，聚乙烯吡咯啉，羥乙基纖維素等水溶性高分子，必要時(shí)也可使用。
通過在水性分散體(A)加入堿性來調(diào)整PH值，可提高研磨速度。調(diào)整PH值的時(shí)候，要考慮到被研磨面的電化學(xué)性質(zhì)，及聚合物粒子的分散性，穩(wěn)定性，還有金屬研磨速度等因素，在研磨粉粒穩(wěn)定存在的范圍內(nèi)調(diào)整。堿性材可選擇乙二胺，乙醇胺及四甲基氫氧化胺等有機(jī)鹽基；氫氧化鈉，氫氧化鉀，氫氧化銣，及氫氧化銫等堿性金屬的氫氧化物，氨等無機(jī)鹽基。
如上所述，通過適當(dāng)選擇化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)的成分，必要時(shí)調(diào)整PH值來調(diào)節(jié)研磨速度，可得到具有所需研磨性能的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)。
(B)化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(B)只要包含一種以上的雜環(huán)有機(jī)化合物，對其組成并無特別限制，在不脫離本發(fā)明目的的范圍內(nèi)，必要時(shí)可加入研磨粉粒，界面活性劑，氧化劑等。還有，與上述水性分散體(A)同樣，適當(dāng)選擇各成分，必要時(shí)調(diào)整PH值來調(diào)節(jié)研磨速度，可得到擁有所需研磨性能的化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(B)。
(雜環(huán)有機(jī)化合物)水性組成物(B)的雜環(huán)有機(jī)化合物可選用范圍與上述水性分散體(A)所用雜環(huán)有機(jī)化合物的選用范圍是一致的。水性組成物(B)里包含的雜環(huán)有機(jī)化合物與水性分散體(A)里包含的雜環(huán)有機(jī)化合物可以是一樣的，也可以是不一樣的。這個(gè)雜環(huán)有機(jī)化合物在水性組成物(B)全量中所占的比例通常應(yīng)為0.005～3重量％之內(nèi)，其比例低于0.005重量％，凹陷與燒蝕的擴(kuò)大和腐蝕的發(fā)生就得不到抑制，含量為3重量％時(shí)能得到充分效果，從經(jīng)濟(jì)性觀點(diǎn)來看沒有必要超過3重量％。
(研磨粉粒)化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(B)可不含研磨粉粒，在不脫離本發(fā)明目的的范圍內(nèi)，必要時(shí)可加入研磨粉粒。加入研磨粉粒時(shí)其濃度應(yīng)為上述水性分散體(A)的研磨粉粒濃度的1/2以下。水性組成物(B)不含或只含上述研磨粉粒濃度范圍內(nèi)的研磨粉粒，可抑制凹陷的擴(kuò)大，并可避免發(fā)生腐蝕，從而防止產(chǎn)品合格率的降低。
水性組成物(B)所用研磨粉?？蛇x用范圍與上述水性分散體(A)所用研磨粉粒的選用范圍是一致的。此研磨粉粒與水性分散體(A)所用研磨粉?？梢允且粯拥?，也可以是不一樣的。
(界面活性劑)
水性組成物(B)所用界面活性劑可選用范圍與上述水性分散體(A)所用界面活性劑的選用范圍是一致的。此界面活性劑與水性分散體(A)所用界面活性劑可以是一樣的，也可以是不一樣的。
這個(gè)界面活性劑在化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(B)全量中所占的比例應(yīng)為0.005～1重量％之內(nèi)，其比例高于0.005重量％，凹陷與腐蝕的發(fā)生就可得到抑制，從避免研磨速度的降低，產(chǎn)生發(fā)泡等因素來考慮，沒有必要超過1重量％。
(氧化劑)化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(B)可不含氧化劑，在不脫離本發(fā)明目的的范圍內(nèi)，必要時(shí)可加入氧化劑。加入氧化劑時(shí)其濃度應(yīng)為水性分散體(A)的氧化劑濃度的1/2以下。水性組成物(B)不含或只含上述氧化劑濃度范圍的氧化劑，可抑制凹陷的擴(kuò)大，并可避免發(fā)生腐蝕，從而防止產(chǎn)品合格率的降低。
水性組成物(B)所用氧化劑可選用范圍與上述水性分散體(A)所用氧化劑的選用范圍是一致的。水性組成物(B)所用氧化劑與水性分散體(A)所用氧化劑可以是一樣的，也可以是不一樣的。
本發(fā)明涉及一種化學(xué)機(jī)械研磨方法，即一種半導(dǎo)體基板，它由設(shè)有槽溝的基板材及埋入在該槽溝里的金屬材料組成，該金屬材料則形成金屬線路部分；在制造上述半導(dǎo)體基板時(shí)，對半導(dǎo)體基板上設(shè)有金屬線路的平面上形成的金屬層實(shí)施化學(xué)機(jī)械研磨。其特征是，一邊提供含有研磨粉粒的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)，一邊進(jìn)行研磨，直到上述金屬線路部分之外的非線路領(lǐng)域露出與上述金屬層不同的層面；然后對殘留在上述非線路領(lǐng)域的金屬層進(jìn)行研磨，這時(shí)除了使用上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)之外，加上含有一種以上雜環(huán)有機(jī)化合物的化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(B)。如圖2，上述基板材在必要時(shí)可在槽溝的底部及側(cè)壁，設(shè)有槽溝的基板材平面上涂有隔離金屬層。
超大規(guī)模集成電路等半導(dǎo)體裝置的制造過程中進(jìn)行研磨處理前的半導(dǎo)體基板在表面涂有這種金屬層作為形成金屬線路部分以及金屬層的金屬，有純鎢，純鋁，純銅等純金屬；還有鎢，鋁，銅與其他金屬的合金。構(gòu)成非線路部分的材料，只要有絕緣性能，對其組成并無特別限制，理想的有氧化硅，絕緣樹脂等。構(gòu)成隔離金屬層的金屬里有鉭，鈦，氮化鉭，氮化鈦等。
研磨裝置可使用現(xiàn)有的化學(xué)機(jī)械研磨裝置(如(株)荏原制作所產(chǎn)EPO-112型，EPO-222型；Lap Master-SFT公司產(chǎn)LGP-510型，LGP-552型；Applied Materials公司產(chǎn)品Mirra)。
本發(fā)明所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨方法，下面將用圖進(jìn)行詳細(xì)說明，而本發(fā)明并不僅限于此。本發(fā)明中所述被研磨的半導(dǎo)體基板材料，是指在半導(dǎo)體基板的設(shè)有金屬線路部分的平面上涂有金屬層4，如圖1(a)，圖2(a)。上述半導(dǎo)體基板，如圖1(c)，圖2(c)，與設(shè)有槽溝的基板材2和埋設(shè)在此槽溝內(nèi)的金屬材料1構(gòu)成，金屬材料形成金屬線路部分。
如圖1(a)或如圖2(a)所示，把半導(dǎo)體基板材料安裝在研磨裝置上，一邊提供化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)，一邊對金屬層4進(jìn)行研磨。這個(gè)研磨實(shí)施到半導(dǎo)體基板的金屬線路部分1之外的非線路領(lǐng)域2a露出與上述金屬層4不同的層面(端點(diǎn))，如圖1(b)，圖2(b)。金屬層4不同的層面為基板材2a或隔離金屬層3b。這個(gè)端點(diǎn)可用測定研磨時(shí)電動機(jī)的電流值來檢查出扭矩變化的方法決定，或用渦流法決定，也可用光學(xué)檢測被研磨表面的顏色變化來決定。
研磨墊的種類，負(fù)載，旋轉(zhuǎn)數(shù)，定盤旋轉(zhuǎn)數(shù)，水性分散體(A)的流量等研磨條件，由被研磨金屬層的材質(zhì)來適當(dāng)決定。
如圖1(b)，圖2(b)所示，單獨(dú)使用水性分散體(A)研磨至上述端點(diǎn)，在非線路領(lǐng)域會殘留一些金屬層。因此，研磨至端點(diǎn)后繼續(xù)使用化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)加上上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(B)，進(jìn)行一定時(shí)間的過度研磨，從而去除殘留金屬層4a。過度研磨時(shí)間可適當(dāng)決定，通常為上述到達(dá)端點(diǎn)所用研磨時(shí)間的0～50％。還有，研磨墊的種類，負(fù)載，旋轉(zhuǎn)數(shù)，定盤旋轉(zhuǎn)數(shù)，水性分散體(A)，水性組成物(B)的流量等研磨條件，由被研磨金屬層的材質(zhì)來決定。過度研磨時(shí)水性分散體(A)的流量應(yīng)小于上述到達(dá)端點(diǎn)所用水性分散體(A)的流量。而水性組成物(B)的流量應(yīng)控制在水性分散體(A)的流量0.5～2倍之內(nèi)。
通過上述方法對金屬層進(jìn)行研磨后，可用通常的洗滌方法去除半導(dǎo)體基板表面上殘留的研磨粉粒。
如上所述，單獨(dú)使用水性分散體(A)研磨至基板材或隔離金屬層露出為止，然后使用水性分散體(A)加上水性組成物(B)，進(jìn)行過度研磨，以此來可防止凹陷的擴(kuò)大，做到?jīng)]有殘留銅的研磨。使用本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械研磨方法，可避免腐蝕的發(fā)生，故能造出平整優(yōu)良的半導(dǎo)體基板。而且，使用本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械研磨方法，單獨(dú)使用水性分散體(A)研磨至端點(diǎn)后，只加上水性組成物(B)，就可容易進(jìn)行研磨，從而造出上述半導(dǎo)體基板。
值得注意的是，單獨(dú)使用水性分散體(A)研磨至上述端點(diǎn)后，為了去除殘留的金屬層4a，只使用水性分散體(A)進(jìn)行一定時(shí)間的過度研磨，金屬線路部分也一起被研磨，從而導(dǎo)致凹陷的擴(kuò)大。而為了降低凹陷的擴(kuò)大，縮短過度研磨時(shí)間就不能完全去除殘留的金屬層4a。還有研磨至上述端點(diǎn)及過度研磨時(shí)只使用水性組成物(B)，其研磨速度會很低，不容易制作出半導(dǎo)體基板。
具體實(shí)施例下面將用實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行說明，而本發(fā)明并不僅限于此實(shí)施例。實(shí)施例及比較例中的[單位]和[％]，無注明時(shí)，分別表示[重量單位]和[重量％]。
(含有熱解氧化硅粒子的水分散體的調(diào)制)熱解氧化硅粒子(日本Aerosil(株)產(chǎn)，Aerosil#90)100重量單位用超聲波分散器分散于離子交換水900重量單位中，用孔徑為5μm的過濾器過濾，調(diào)制成含有熱解氧化硅粒子10重量％的水分散體(1)。
(含有膠質(zhì)硅的水分散體的調(diào)制)在容量為2升的燒杯中放入濃度為25重量％的氨水70重量單位，離子交換水40重量單位，乙醇175重量單位以及四乙氧基硅烷21重量單位，以180轉(zhuǎn)數(shù)/分的速度進(jìn)行攪拌，同時(shí)把溫度上升至60度。在這個(gè)溫度繼續(xù)攪拌兩小時(shí)后，冷卻，得出含有平均粒子徑為97nm的膠質(zhì)硅的酒精分散體。然后用蒸發(fā)器在80度溫度下，邊加入離子交換水，邊除去酒精。反復(fù)上述操作數(shù)次直到充分除去分散體中的酒精，從而獲得含有10重量％的平均粒子徑為97nm的膠質(zhì)硅的水分散體(2)。
(含有合成研磨粒子的水分散體的調(diào)制)在容量為2升的燒杯中放入90重量單位的異丁烯酸甲酯，5重量單位的含甲氧基的聚乙二醇異丁烯酸鹽(新中村化學(xué)工業(yè)(株)產(chǎn)，Nk酯M-90G#400)，5重量單位的4-乙烯基啶，2重量單位的含氧系聚合作用觸發(fā)劑(和光純藥(株)產(chǎn)，V50)及400重量單位的離子交換水，在氮?dú)猸h(huán)境下進(jìn)行攪拌，同時(shí)把溫度上升至70度。在這個(gè)溫度下聚合6小時(shí)，，獲得含有平均粒子徑為150nm的聚異丁烯酸甲酯的水分散體，其聚異丁烯酸甲酯具備帶有氨基氧離子及聚乙二醇鏈的官能團(tuán)。其聚合收獲率達(dá)到95％。把這個(gè)含有10重量％聚異丁烯酸甲酯的水分散體100重量單位放入容量為2升的燒杯中，在放入1重量單位的甲基三甲氧基硅烷，在40度溫度下攪拌2小時(shí)。然后，把含有10重量％膠質(zhì)硅(日產(chǎn)化學(xué)(株)產(chǎn)snowtexO)的水分散體50重量單位用2小時(shí)徐徐加入其中，再攪拌2小時(shí)，獲得了含有聚甲基丙烯酸甲酯粒子與硅粒子附著在一起的粒子的水分散體。然后，在這個(gè)分散體里加入2重量單位的乙烯基三乙氧基硅烷，攪拌一小時(shí)后，再加入四乙氧基硅烷1重量單位，升溫至60度繼續(xù)攪拌3小時(shí)。經(jīng)冷卻獲得了含有10重量％合成粒子的水分散體(3)。此合成粒子的平均粒子徑為180nm，是在聚甲基丙烯酸甲酯粒子的80％表面附著有硅粒子而形成的粒子。
(1)化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)的調(diào)制把一定量的離子交換水放入容量為10升的聚乙烯容器中，再放入表1所記載的雜環(huán)化合物和界面活性劑，使其各自濃度達(dá)到表1所記載的濃度，進(jìn)行充分?jǐn)嚢琛Ｈ缓筮厰嚢柽吋尤氡?所記載的氧化劑，使其濃度達(dá)到表1所記載的濃度。其次，加入上述調(diào)制例中調(diào)制出來的水分散體，使其研磨粉粒濃度達(dá)到表1所記載的濃度，然后進(jìn)行攪拌。之后用孔徑為5μm的過濾器進(jìn)行過濾，獲得了化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)。
(2)化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(B)的調(diào)制與上述(1)的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)的調(diào)制法同樣，在離子交換水中加入表1所記載的各成分，使其各自濃度達(dá)到表1所記載的濃度，從而獲得了化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(B)。
(3)使用銅線路形式的半導(dǎo)體晶片的研磨把使用銅線路形式的半導(dǎo)體晶片(SEMATECH#831，金屬線路部分及金屬層使用銅，非線路部分使用氧化硅，隔離金屬層使用鈦)安裝在研磨裝置(荏原制作所產(chǎn)EPO-112型)上，一邊按表2所記載的流量提供化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)，一邊按以下條件進(jìn)行研磨。其端點(diǎn)是當(dāng)半導(dǎo)體晶片的非線路部分銅層被去除時(shí)，即當(dāng)非線路部分的隔離金屬層露出時(shí)，用電流表示值的變化(即扭矩的變化)來判斷而決定的。
(研磨條件)
研磨墊Rodel(美國)公司產(chǎn)IC1000-050-(603)-(P)-S400J負(fù)載200g/cm2旋轉(zhuǎn)數(shù)80轉(zhuǎn)/分定盤旋轉(zhuǎn)數(shù)100轉(zhuǎn)/分研磨至上述端點(diǎn)后，除了加入化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)之外，按表2所記載的流量加入化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(B)，在與上述研磨條件同樣的條件下，對半導(dǎo)體晶片進(jìn)行過度研磨。過度研磨時(shí)間定為研磨至端點(diǎn)所需時(shí)間的20％。
(4)凹陷評價(jià)對上述(3)中研磨的半導(dǎo)體晶片的100μm線路部分，用精密段差計(jì)(KLA Tencor公司產(chǎn))HRP測定絕緣膜或隔離金屬層平面到線路部分的最低部位之間的距離(高低差)，以此來評價(jià)凹陷，其結(jié)果如表2所示。
(5)殘留銅的評價(jià)對上述(3)中研磨的半導(dǎo)體晶片的全部0.35μm線路部分，用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行觀察，從而確認(rèn)銅的殘留情況，其結(jié)果如表2所示。
(6)腐蝕評價(jià)對上述(3)中研磨的半導(dǎo)體晶片的0.35μm線路部分，用掃描型電子顯微鏡對其銅線路的邊緣部分進(jìn)行觀察，其結(jié)果如表2所示。

使用實(shí)施例1中的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)，于實(shí)施例1同樣，對半導(dǎo)體晶片進(jìn)行研磨至端點(diǎn)。其次，除了按表3所記流量，單獨(dú)使用化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)之外，其余條件和實(shí)施例1相同，進(jìn)行過度研磨。制出來的半導(dǎo)體晶片與實(shí)施例1同樣，進(jìn)行評價(jià)，其結(jié)果如表3所示。
(1)化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(b)的調(diào)制一定量的離子交換水放入10升的聚乙烯容器里，邊攪拌，邊加入過氧化氫，使其濃度達(dá)到表3所示濃度。然后加入上述調(diào)制例中的水分散體(2)，使研磨粒子濃度達(dá)到0.01％，進(jìn)行攪拌后，用孔徑為5μm的過濾器進(jìn)行過濾，獲得了化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(b)。
(2)使用銅線路形式的半導(dǎo)體晶片的研磨使用實(shí)施例1同樣的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)，與實(shí)施例1同樣，對半導(dǎo)體晶片進(jìn)行研磨至端點(diǎn)。然后，除了按表3所記流量，提供化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)和化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(b)之外，其余條件與實(shí)施例1相同，進(jìn)行過度研磨。制出來的半導(dǎo)體晶片與實(shí)施例1同樣，進(jìn)行評價(jià)，其結(jié)果如表3所示。
使用實(shí)施例1同樣的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)，與實(shí)施例1同樣，對半導(dǎo)體晶片進(jìn)行研磨至端點(diǎn)。制出來的半導(dǎo)體晶片與實(shí)施例1同樣，進(jìn)行評價(jià)，其結(jié)果如表3所示。
從表1及表2結(jié)果來看，進(jìn)行過度研磨時(shí)使用化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)以及化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(B)，凹陷較小，銅的殘留，腐蝕等現(xiàn)象也沒有發(fā)生。顯示出良好的效果，凹陷理想的為1500以下，如超過1500，半導(dǎo)體晶片多數(shù)判定為不合格。
從比較例1可看出，進(jìn)行過度研磨時(shí)，只使用化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)，而不使用化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(B)研磨半導(dǎo)體晶片，可能導(dǎo)致凹陷的擴(kuò)大及腐蝕的發(fā)生。
從比較例2可看出，進(jìn)行過度研磨時(shí)，不使用含有雜環(huán)化合物的化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(B)，而使用未含雜環(huán)化合物的化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(b)，可能導(dǎo)致凹陷及腐蝕的發(fā)生。
從比較例3可看出，如不實(shí)施過度研磨，雖可避免凹陷的發(fā)生，但會發(fā)生銅殘留在晶片表面之情況。
圖3表示在實(shí)施例1及比較例1中，過度研磨時(shí)間與研磨至端點(diǎn)所需時(shí)間之比例，和凹陷之間的關(guān)系。可看出，使用化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(B)可抑制由過度研磨引起的凹陷的增大。
實(shí)用性本發(fā)明中所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨劑組合，在半導(dǎo)體制造過程中，是非常必要的。即，它適用于從高速邏輯型大規(guī)模集成電路等0.05μm級的微細(xì)線路到100μm級的線路的廣范圍的半導(dǎo)體裝置的配線工程，更具體為研磨工程。
本發(fā)明中所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨方法，可抑制凹陷的及腐蝕的發(fā)生，它可制造從高速邏輯型大規(guī)模集成電路等0.05μm級的微細(xì)線路到100μm級的線路的廣范圍的半導(dǎo)體裝置。
表1

DBS-K十二烷基苯磺酸的鉀鹽DBS-A十二烷基苯磺酸的銨鹽 SLA銨月桂基硫酸酯非離子(1)聚氧乙烯月桂基乙醚、EMULGEN 109P((株)花王制造)非離子(2)聚氧乙烯烷基醚、EMULGEN 1108((株)花王制造)非離子(3)乙炔二醇的環(huán)氧乙烷附加物、Surfynol 465(Airproducts co.ltd(株)制造)非離子(4)乙炔二醇的環(huán)氧乙烷附加物、Surfynol 485(Airproducts co.ltd(株)制造)
表2

表3 DBS-K十二烷基苯磺酸的鉀鹽DBS-A十二烷基苯磺酸的銨鹽SLA銨月桂基硫酸酯
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)機(jī)械研磨劑組合，由含有研磨粉粒的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)，以及含有一種以上雜環(huán)有機(jī)化合物并不與化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)形成混合狀態(tài)的化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(B)來組合而成。
2.如權(quán)利要求1所述的一種化學(xué)機(jī)械研磨劑組合，其特征是上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(B)含有界面活性劑。
3.如權(quán)利要求1所述的一種化學(xué)機(jī)械研磨劑組合，其特征是上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(B)，①不含研磨粉?；蛘咂浜醒心シ哿舛鹊陀谏鲜龌瘜W(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)的研磨粉粒濃度之1/2，②含有濃度為0.005～3重量％的雜環(huán)有機(jī)化合物。
4.如權(quán)利要求3所述的一種化學(xué)機(jī)械研磨劑組合，其特征是上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(B)，含有濃度為0.005～1重量％的界面活性劑。
5.如權(quán)利要求3所述的一種化學(xué)機(jī)械研磨劑組合，其特征是上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)含有氧化劑，而上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(B)不含氧化劑或所含氧化劑濃度低于上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)中氧化劑濃度的1/2。
6.如權(quán)利要求1所述的一種化學(xué)機(jī)械研磨劑組合，其特征是上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)含有濃度為0.01～5重量％的研磨粉粒，含有濃度為0.01～5重量％的雜環(huán)有機(jī)化合物，含有濃度為0.01～2重量％的界面活性劑，含有濃度為0.01～9重量％的氧化劑。
7.本發(fā)明涉及一種化學(xué)機(jī)械研磨方法，即一種半導(dǎo)體基板，它由設(shè)有槽溝的基板材及埋入在該槽溝里的金屬材料組成，該金屬材料則形成金屬線路部分；在制造上述半導(dǎo)體基板時(shí)，對半導(dǎo)體基板上設(shè)有金屬線路的平面上形成的金屬層實(shí)施化學(xué)機(jī)械研磨。其特征是，一邊提供含有研磨粉粒的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)，一邊進(jìn)行研磨，直到上述金屬線路部分之外的非線路領(lǐng)域露出與上述金屬層不同的層面；然后對殘留在上述非線路領(lǐng)域的金屬層進(jìn)行研磨，這時(shí)除了使用上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)之外，加上含有一種以上雜環(huán)有機(jī)化合物的化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(B)。
全文摘要
本發(fā)明中所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨方法是，用含有研磨粉粒的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)進(jìn)行研磨后，再并用化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)和含有一種以上雜環(huán)有機(jī)化合物的化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(B)來研磨。本發(fā)明中所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨劑組合是，由化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(A)，以及化學(xué)機(jī)械研磨用水性組成物(B)來組合而成。運(yùn)用本發(fā)明，可防止凹陷的擴(kuò)大及線路部分的腐蝕，從而提高產(chǎn)品合格率。
文檔編號H01L21/321GK1550538SQ200410034759
公開日2004年12月1日 申請日期2004年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月12日
發(fā)明者仕田裕貴, 金野智久, 服部雅幸, 川橋信夫, 久, 夫, 幸 申請人:捷時(shí)雅株式會社