CMP研磨液及其应用、研磨方法技术

本发明专利技术涉及一种CMP研磨液，所述研磨液含有介质和分散在所述介质中作为磨粒的二氧化硅粒子，其中，(A1)所述二氧化硅粒子的硅烷醇基密度为5.0个/nm2以下，(B1)从利用扫描型电子显微镜观察所述二氧化硅粒子的图像中选择任意的20个粒子时的二轴平均一次粒径为25～55nm，(C1)所述二氧化硅粒子的缔合度为1.1以上。由此，可提供阻挡膜的研磨速度高、并且磨粒的分散稳定性良好、能够高速研磨层问绝缘膜的CMP研磨液，以及提供微细化、薄膜化、尺寸精度、电特性优异、可靠性高且低成本的半导体基板等的制造中的研磨方法。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】 本申请是申请号为2010800229881的专利申请的分案申请，母案申请日为2010年 8月16日，母案专利技术名称为"CMP研磨液和研磨方法"。
本专利技术涉及半导体基板的布线形成工序等的研磨中所使用的CMP研磨液和研磨 方法。
技术介绍
近年来，伴随着半导体集成电路（以下称为LSI)的高集成化、高性能化而开发出 新的微细加工技术。化学机械研磨（以下称为CMP)法也是其中之一，LSI制造工序特别是 在多层布线形成工序中的层间绝缘膜的平坦化、金属插塞形成、埋入布线形成中被频繁利 用的技术。该技术公开在专利文献1中。另外，最近为了使LSI高性能化，作为构成布线材料的导电性物质，尝试利用铜和 铜合金。但是，对于铜和铜合金，很难通过在现有的铝合金布线的形成中被频繁使用的干蚀 刻法进行微细加工。 因此，主要采用的是所谓的镶嵌（damascene)法，即在预先形成有沟槽的绝缘膜 上沉积并埋入铜或铜合金的薄膜，通过CMP除去沟槽部以外的所述薄膜而形成埋入布线的 方法。该技术例如公开在专利文献2中。 对铜或铜合金等作为布线用金属所使用的导电性物质进行研磨的金属的CMP的 一般性的方法，是在圆形的研磨定盘（压磨板）上粘贴研磨布（研磨垫），一边用CMP研磨 液浸渍研磨布表面，一边将形成于基板上的金属膜按压在研磨布表面，从研磨布的背面对 金属膜施加规定的压力（以下称为研磨压力），以此状态旋转研磨定盘，通过CMP研磨液与 金属膜的凸部的相对性地机械的摩擦，除去凸部的金属膜。 金属的CMP所使用的CMP研磨液，一般含有氧化剂和磨粒，根据需要，再添加氧化 金属溶解剂、保护膜形成剂。其基本原理被认为是，首先，利用氧化剂使导电性物质表面氧 化，再由磨粒削去生成的导电性物质氧化膜。由于凹部的表面的导电性物质氧化膜不怎么与研磨布接触，磨粒起不到削去的效 果，因此随着CMP的进行，凸部的导电性物质被除去，由此基板表面被平坦化。关于其详情， 例如公开在非专利文献1中。 作为提高CMP的研磨速度的方法，认为有效的是添加氧化金属溶解剂。这被解释 为，因为使被磨粒削去的导电性物质氧化物的颗粒溶解（以下称为蚀刻）在CMP研磨液中 时，由磨粒得到的削去效果增加。 通过氧化金属溶解剂的添加，CMP的研磨速度提高，但另一方面，凹部的导电性物 质氧化物也被蚀刻，导电性物质表面露出时，导电性物质表面被氧化剂进一步氧化。若其反 复进行，则会进行凹部的导电性物质的蚀刻。因此研磨后埋入的导电性物质的表面中央部 分发生像碟子一样下陷的现象（以下称为碟陷（dishing))，平坦化效果受损。 为了防止上述问题，已知有进一步添加保护膜形成剂。保护膜形成剂在导电性物 质表面的氧化膜上形成保护膜，防止氧化膜向CMP研磨液中的溶解。优选该保护膜可以通 过磨粒而容易地削去，且不会使CMP的研磨速度降低。 为了抑制导电性物质的碟陷、研磨中的腐蚀，以形成可靠性高的LSI布线，提倡的 方法是，使用从氨基乙酸或磺酸胺中选择的氧化金属溶解剂和含有BTA(苯并三唑）作为保 护膜形成剂的CMP研磨液，该技术例如记载于专利文献3中。另一方面，如图1(a)所示，在由铜或铜合金等的布线用金属构成的导电性物质3 的下层，形成有导体阻挡膜（以下称为阻挡膜）2,其用于防止铜向层间绝缘膜1中的扩散 和密合性的提高。因此，在埋入导电性物质的布线部以外，需要通过CMP去除露出的阻挡膜 2。但是，用于这些阻挡膜2的导体比导电性物质硬度高，因此即使组合导电性物质用的研 磨材料，也无法得到充分的研磨速度，并且多有平坦性变差的情况。 因此，研究了分成如下两个阶段的研磨方法，即，从图1(a)所示的状态至图1(b) 所示的状态研磨导电性物质3的"第一研磨工序"，和从图1(b)所示的状态至图1(c)所示 的状态研磨阻挡膜2的"第二研磨工序"。另外，在所述第二研磨工序中，为了使研磨结束 后的表面的平坦性提高，一般会对层间绝缘膜1的凸部的一部分进行研磨，这称为"过度研 磨"。 现有技术文献专利文献专利文献1:美国专利第4944836号说明书专利文献2:日本专利第1969537号公报专利文献3:日本专利第3397501号公报 非专利文献 非专利文献 1 :电化学学会志（JournalofElectrochemicalSociety)，1991 年， 第 138 卷，11 号，p. 3460-3464 专利技术要解决的问题 在所述第二研磨工序中，进行层间绝缘膜的过度研磨时，为了通过缩短研磨工序 时间来提高生产量，优选不仅阻挡膜2的研磨速度为高速，而且层间绝缘膜1的研磨速度也 为高速。为了使层间绝缘膜1的研磨速度提高，考虑有如下方法，例如，增多CMP研磨液中 的磨粒的含量，加大CMP研磨液中的磨粒的粒径。 但是，所述的方法中，无论哪种方法，都存在磨粒的分散稳定性变差的倾向，容易 发生磨粒的沉降。因此，CMP研磨液在保管一段期间后再使用时，存在层间绝缘膜的研磨速 度容易降低，无法得到平坦性这样的问题。 因此，需要一种具有与现有的阻挡膜用CMP研磨液同等的阻挡膜研磨速度，并且 层间绝缘膜的研磨速度也充分快，此外磨粒分散稳定性优异的研磨液。另外，所述的方法中，无论哪种方法，因为由磨粒导致的机械作用强，所以都有发 生阻挡膜2附近的层间绝缘膜1被剜去这样的过度研磨现象（以下称为"裂缝"(seam))的 倾向。如果发生裂缝，则有布线电阻上升等的问题。这一问题由于LIS的布线结构更多层 化的"等比例缩小"的推进而成为重大的问题。说到原因，是由于进行等比例缩小，导致布 线截面积缩小，布线间绝缘膜的膜厚变薄，因此，即使是微小的裂缝，也会受到影响。 因此，需要一种具有与现有的阻挡膜用CMP研磨液同等的阻挡膜研磨速度，并且 层间绝缘膜的研磨速度也充分快，此外在研磨后不会发生裂缝的研磨液。
技术实现思路
本专利技术鉴于上述问题，其目的在于，提供一种阻挡膜的研磨速度高，可以对层间绝 缘膜进行高速研磨，并且CMP研磨液中的磨粒的分散稳定性良好的CMP研磨液。 另外，本专利技术鉴于上述问题，其目的在于，提供一种阻挡膜的研磨速度高，可以对 层间绝缘膜进行高速研磨，且可以抑制裂缝等的平坦性的问题的CMP研磨液。另外，本专利技术其目的在于，提供一种微细化、薄膜化、尺寸精度、电特性优异，可靠 性高、低成本的半导体基板等的制造中的研磨方法。 用于解决问题的方法 本专利技术为了解决上述问题而进行了各种研究，其结果使用二氧化硅粒子作为磨 粒，并且发现所述二氧化硅粒子所具有的（A)硅烷醇基密度、（B) -次粒径和（C)缔合度， 无论对于上述哪一个问题，都是重要的因素。 (1)本专利技术的第一实施方式，涉及一种CMP研磨液，其含有介质和分散在所述介质 中作为磨粒的二氧化硅粒子，其中， (A1)所述二氧化硅粒子的硅烷醇基密度为5. 0个/nm2以下，（B1)从利用扫描型 电子显微镜观察所述二氧化硅粒子的图像中选择任意的20个粒子时的二轴平均一次粒径 为25~55nm，（C1)缔合度为1. 1以上。 在此，所述缔合度定义为，在二氧化硅粒子分散于液体中的状态下，利用采用动态 光散射方式的粒度分布仪测定的所述二氧化硅粒子的二次粒子的平均粒径与所述二轴平 均一次粒径之比（二次粒子的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CMP研磨液的应用，是将CMP研磨液用于研磨阻挡膜和层间绝缘膜的应用，所述CMP研磨液含有介质和分散在所述介质中作为磨粒的二氧化硅粒子，其中，(A1)所述二氧化硅粒子的硅烷醇基密度为5.0个/nm2以下，(B1)从利用扫描型电子显微镜观察所述二氧化硅粒子的图像中选择任意的20个粒子时的二轴平均一次粒径为25～55nm，(C1)所述二氧化硅粒子的缔合度为1.1以上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：金丸真美子，岛田友和，筱田隆，
申请(专利权)人：日立化成株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP