抛光组合物及使用它的抛光方法技术

一种抛光组合物，它包含：（ａ）至少一种选自二氧化硅和氧化铝的研磨剂；（ｂ）至少一种有机化合物，它选自聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚氧乙烯烷基醚、聚氧丙烯烷基醚、聚氧乙烯聚氧丙烯烷基醚和由式（１）表示的具有Ｃ≡Ｃ三键的聚氧化烯加聚物：其中Ｒ↓［１］－Ｒ↓［６］各是Ｈ或Ｃ↓［１－１０］烷基，Ｘ和Ｙ各是乙烯氧基或丙烯氧基，ｍ和ｎ各是１－２０的正整数；（ｃ）至少一种选自柠檬酸、草酸、酒石酸、甘氨酸、α－丙氨酸和组氨酸的加速抛光的化合物；（ｄ）至少一种选自苯并三唑、苯并咪唑、三唑、咪唑和甲苯三唑的防腐蚀剂；（ｅ）过氧化氢；以及（ｆ）水。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用来抛光半导体、光掩模和各种存储硬盘的基材的抛光组合物，具体涉及一种例如在半导体工业中用来抛光器件晶片的表面使之平整的抛光组合物。更具体地说，本专利技术涉及这样一种抛光组合物，在对半导体器件应用所谓的化学机械抛光技术的抛光步骤中，在加工器件晶片的过程中，它的效率高，选择性高，并可用来形成优良的抛光表面；还涉及采用该组合物的抛光方法。
技术介绍
包括电脑的所谓高技术产品近年来进展很大，用于这些产品的部件例如ULSI器件，已逐年被开发出来，以便达到高集成度和高速度。伴随着这些进展，半导体器件的设计尺度逐年精细化，在制造器件的过程中，聚焦深度日益变浅，形成图案的表面的平整化要求也就越来越严格。另外，为了对付由于在器件上布线细化导致的线路电阻增大问题，研究了采用铜代替钨或铝作为布线材料。根据其本性，铜几乎不能通过各向异性侵蚀进行加工，因此它需要下述加工。即在绝缘层上形成布线的凹槽和通道之后，通过喷镀或电镀形成铜线(所谓的金属镶嵌方法)，接着，将沉积在绝缘层上不需要的铜层用化学机械抛光(下面称为CMP)法除去，化学机械抛光是机械抛光和化学抛光的结合。但是，在这种加工中也可能发生铜原子扩散进入绝缘层内，破坏器件性能的情况。因此，为了防止铜原子的扩散，研究了在形成了布线的凹槽或通道的绝缘层上提供一隔离层。作为这种隔离层的材料，从器件的可靠性角度考虑，金属钽或一种钽化合物例如氮化钽是最适合的，预计将来是最多使用的。在本专利技术中，“钽化合物”不仅包括氮化钽之类的化合物，还包括金属钽，“铜”不仅包括铜，还包括含例如铝的铜合金。因此，在对这种包含该铜层和含钽化合物的半导体器件进行CMP加工的过程中，首先分别抛光最外层的铜层，然后抛光作为隔离层的含钽化合物层，当抛光达到二氧化硅或单氟氧化硅(SiOF)绝缘层时，抛光就告结束。作为理想的抛光过程，要求仅使用一种抛光组合物，在一个抛光步骤中将铜层和含钽化合物层均匀地抛光除去，当达到绝缘层时抛光过程一定要结束。但是，铜和含钽化合物的硬度、化学稳定性和其他机械性能都不同，因此加工性能不同，所以，难以采用这样一种理想的抛光方法。因此，研究了下述的两步抛光方法，即抛光过程分为两步。首先，在第一步抛光步骤中(下面称为第一步抛光)，采用能够高效抛光铜层的抛光组合物，对铜层进行抛光，此时使用例如含钽化合物层作为阻挡层，直至达到这一含钽化合物层。在这里，为了不在铜层表面上形成各种表面缺陷例如凹坑、磨蚀、沉陷等，在达到含钽化合物层之前，即仍保留微量铜层时，可以立刻终止第一步抛光。接着，在第二步抛光步骤(下面称为第二步抛光)中，使用能够高效地主要抛光含钽化合物层的抛光组合物，对余留的薄铜层和含钽化合物层进行抛光，此时绝缘层用作阻挡层，当达到绝缘层时，结束抛光。这里，沉陷、凹坑和磨蚀是由于对布线部分过分抛光而形成的表面缺陷，凹坑指布线部分内的凹坑(该情形下是铜)，它们通常由布线部分的化学侵蚀作用引起。磨蚀指这样的现象，即在铜布线部分与绝缘部分排列成行的情形下，绝缘部分与绝缘面部分(非排列成行部分)相比，被过分抛光，这通常由垫板的弹性变形、绝缘层的高磨削速率和对绝缘部分的过分压力集中引起。沉陷指这样的现象，即在铜布线部分具有相对较宽宽度情形下，布线的中心部分以盘状凹陷，这通常由垫板的变形引起。随着器件的小型化，布线层的剖面面积变小，由此当制造器件时，就可能产生上述的表面缺陷，因此，布线部分的面积就会进一步减小，线路电阻增大，或在极端情形下导致断路。所以，在第一步抛光中，重要的是不让第二步抛光不能除去的表面缺陷形成于布线层上，同时铜层的磨削速率应当不受影响。关于这种第一步抛光所用的抛光组合物，例如JP-A-7-233485(现有技术1)揭示了一种铜类型金属层用的抛光液体，它含有至少一种选自氨基乙酸(以后称为甘氨酸)和酰胺硫酸的有机酸、氧化剂和水，而且揭示了使用这种抛光液体制造半导体器件的方法。此外，JP-A-8-83780揭示了一种研磨剂，它含有氨基乙酸和/或酰胺硫酸、氧化剂、水和苯并三唑或其衍生物，和使用该研磨剂的抛光方法。使用这样一种抛光液体(或研磨剂)抛光铜层时，可获得相对高的磨削速率。但是，本专利技术者进行的实验结果证实，使用仅含有研磨剂、甘氨酸和过氧化氢的抛光组合物抛光带有铜线形成图案的晶片，抛光后铜上的化学侵蚀效果和铜表面上的磨蚀会很显著，可能会在铜线部分上形成深坑。此外，为了抑制铜表面上的腐蚀，加入具有抑制对铜化学侵蚀作用的苯并三唑时，如果苯并三唑的加入量太大，那么铜层的磨削速率就会太低，而抛光时间很长，这样效率不高。另一方面，苯并三唑的加入量太少时，就不能获得充分抑制化学侵蚀效果的作用，由此就不能充分抑制铜布线部分上的凹坑的形成。根据本专利技术者进行的实验，发现使用如现有技术1中所述含有研磨剂、甘氨酸、苯并三唑和水的抛光组合物抛光铜线时，在充分抑制铜布线部分上凹坑的形成的同时不能提供充分的铜层磨削速率。参看附图说明图1，从物理化学的角度，再来看凹坑的形成。图1(a)显示了抛光达到阻挡层(含钽化合物钽)时器件的状态。图1(b)和1(c)是图1(a)中A部分的放大视图，用以说明效果。图1(d)显示了抛光后器件的状态。如图1(a)-1(d)所示，可以得出结论，凹坑由下述两种作用形成即，第一种作用是抛光过程中由摩擦力和压力形成的电压的作用。如图1(a)和1(b)所示，含钽化合物的表面被抛光组合物氧化，很容易变成氧化钽(Ta2O5)。氧化钽是高介电和高压电的物质，因此，当压力施加到氧化钽上时，就会形成电压。因此，在抛光过程中，如果压力和摩擦力施加到器件表面上，就会在变成氧化钽的含钽化合物的表面上由压电作用形成电压(所述表面层是充负电，Ta界面充正电)。第二种作用是由形成于铜与含钽化合物之间的所谓的原电池产生的作用。该作用由铜(Cu)与含钽化合物之间的特定电化学势差形成。与含钽化合物相比，铜是基体金属，易溶于水中。因此，如果电压是由第一种作用形成，那么电子就由充正电的氧化钽移走，由此铜就易于离子化，如图1(c)所示，铜有选择地发生化学侵蚀，由此如图1(d)所示，抛光后沿铜布线部分就会形成深凹坑。在那时，抛光组合物充当电解质，并由此促进化学侵蚀作用。所以，迫切需要开发一种具有适当铜层磨削速率的抛光组合物，使用它抛光铜与含钽化合物共存的抛光物件时，不会在铜布线部分上形成凹坑，即可同时降低对铜的化学侵蚀。
技术实现思路
本专利技术就是为了解决上述问题而进行的。且，本专利技术的一个目的是提供一种抛光组合物，在制造基材上包含至少一层铜和一层含钽化合物的半导体器件的CMP过程中，使用它能够在铜的化学侵蚀作用低的情形下，即通过抑制铜布线部分上凹坑的形成进行抛光，不会削弱铜层的磨削速率；本专利技术还提供采用这样的抛光组合物的抛光方法。本专利技术的抛光组合物包含(a)至少一种选自二氧化硅和氧化铝的研磨剂；(b)至少一种有机化合物，它选自聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚氧乙烯烷基醚、聚氧丙烯烷基醚、聚氧乙烯聚氧丙烯烷基醚和由式(1)表示的具有C≡C三键的聚氧化烯加聚物 其中R1-R6各是H或C1-10烷基，X和Y各是乙烯氧基或丙烯氧基，m和n各是1-20的正整数，(c)至少一种选自柠檬酸、草酸、酒石酸、甘氨酸、α-丙氨酸和组氨酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抛光组合物，它包含： （ａ）至少一种选自二氧化硅和氧化铝的研磨剂； （ｂ）至少一种有机化合物，它选自聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚氧乙烯烷基醚、聚氧丙烯烷基醚、聚氧乙烯聚氧丙烯烷基醚和由式（１）表示的具有Ｃ≡Ｃ三键的聚氧化烯加聚物： Ｒ↓［１］Ｏ－（Ｘ）↓［ｍ］－＊－Ｃ≡Ｃ－＊－（Ｙ）↓［ｎ］－ＯＲ↓［２］ 其中Ｒ↓［１］－Ｒ↓［６］各是Ｈ或Ｃ↓［１－１０］烷基，Ｘ和Ｙ各是乙烯氧基或丙烯氧基，ｍ和ｎ各是１－２０的正整数， （ｃ）至少一种选自柠檬酸、草酸、酒石酸、甘氨酸、α－丙氨酸和组氨酸的加速抛光的化合物； （ｄ）至少一种选自苯并三唑、苯并咪唑、三唑、咪唑和甲苯三唑的防腐蚀剂； （ｅ）过氧化氢；以及 （ｆ）水。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：酒井谦儿，玉井一诚，北村忠浩，松田刚，伊奈克芳，
申请(专利权)人：不二见株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]