研磨用组合物制造技术

本发明专利技术涉及研磨用组合物。本发明专利技术提供研磨用组合物，其在制备布线结构体的研磨工序中可以兼顾抑制表面阶梯度的产生和实现高的研磨速度。研磨用组合物，其含有磨料、加工促进剂、用Ｒ－ＰＯＥ（式中、Ｒ表示具有支链结构的碳原子数为１０～１６的烷基，ＰＯＥ表示聚氧乙烯链）表示且ＨＬＢ为７～１２的非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、保护膜形成剂、氧化剂和水。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及研磨用组合物。更详细地，本专利技术涉及在例如用于形 成半导体装置的布线的研磨过程中所使用的研磨用组合物。
技术介绍
近年来，伴随着在计算机中使用的ULSI等的高集成化和高速化， 半导体装置的设计规则逐渐在微细化。为了应付由这种半导体装置的 布线结构的微细化所导致的布线电阻的增大，研究了使用含有铜的金 属材料来作为布线材料。当使用含有铜的金属材料作为布线材料时，由于金属材料的性质， 难以利用各向异性蚀刻进行布线结构的形成。因此，布线结构一般通 过使用了化学机械研磨法(Chemical Mechanical Polishing、以下称作为 CMP法)的方法等来形成。具体来说可以使用以下的方法。首先，将由 钽或氮化钽等含钽的化合物、或者钛化合物或钌化合物形成的屏蔽(六 卩7)膜成膜在绝缘膜上，所述绝缘膜在表面上凹设了布线沟。接着， 将由含有铜的金属材料形成的导体膜在屏蔽膜上成膜，以使至少布线 沟内完全埋没。接着，在第1研磨工序中将导体膜的一部分进行研磨。 在第2研磨工序中，研磨导体膜直至布线沟以外的地方的屏蔽膜露出。 接着，在第3研磨工序中，研磨屏蔽膜直至布线沟以外的地方的绝缘 膜露出，由此在布线沟内形成布线部分。目前，对于研磨用组合物，研究了含有二氧化硅等研磨材料或各 种添加剂的组合物。但是，对于现有的研磨用组合物，在上述的研磨 方法中，由于相对于含有铜的金属材料的研磨速度高，因此有过度研 磨导体膜的情况。此时，有在研磨后的被研磨面上发生下述那样的问 题的情况，所述问题是与布线沟对应处的导体膜表面与屏蔽膜表面相 比，产生向内部方向后退的现象，即发生了表面缩穴。还研究了用于抑制这种表面缩穴的研磨用组合物。例如在专利文 献1中，公开了一种含有溶剂、研磨粒子、至少1种的第1表面活性 剂和至少1种的第2表面活性剂的CMP用浆液。在该浆液中，第l表3面活性剂用于提高上述研磨粒子的分散性和研磨时在作为被研磨膜的金属膜的表面形成的表面保护膜的致密性，第2表面活性剂用于提高 上迷研磨粒子的分散性、上迷表面保护膜的致密性和亲水性，且提高 在研磨时使用的研磨垫表面的亲水性。但是，就本专利技术人们所知，当 过于提高表面保护膜的致密性时，能够抑制表面缩穴，但有不能获得 研磨速度的情况，从而有改良的空间。另外，可知在该技术中，表面 活性剂的结构自身是非常重要的因素，仅仅添加2种表面活性剂不能 得到良好的性能。例如当使用分子量大的非离子表面活性剂时，有分 散稳定性变差的现象，另外对于HLB高的表面活性剂，有表面缩穴变 大的现象。另外，在专利文献2中，公开了使含有包含铜的金属层的基材与 CMP组合物接触而进行研磨的方法，所述CMP组合物含有(a)研磨剂 粒子、(b)具有大于6的HLB值的亲两性非离子性表面活性剂、(c)用于 氧化金属层的手段、(d)有机酸、(e)腐蚀抑制剂、和(f)液体栽体(祍^ ， 7* — )。但是，就本专利技术人们所知，即使对于该方法，仅以单体使用非 离子表面活性剂，难以在维持研磨速度的状态下减小表面缩穴。另外， 对于HLB大于12的非离子表面活性剂，难以减小表面缩穴。专利文献1特开2002 - 155268号公报专利文献2特开2006 - 502579号公报
技术实现思路
如上所述，现有的研磨用组合物不能充分兼顾研磨速度的提高和 表面缩穴量的降低，人们期望有一种能够解决这种困境的研磨用组合物。本专利技术的研磨用组合物的特征在于，含有(a) 磨料、(b) 加工促进剂、(c) 用R-POE (I)表示且HLB为7~ 12的至少1种的非离子表面活 性剂，(式中、R表示具有支链结构的碳原子数为10~16的烷基，POE 表示聚氧乙烯链)、(d) 至少l种的阴离子表面活性剂、(e) 与上述非离子表面活性剂和上述阴离子表面活性剂不同的保护4膜形成剂、(f) 氧化剂，和(g) 水而成。根据本专利技术，在制备布线结构体的研磨工序中，可以在抑制表面 阶梯度产生的同时得到良好的研磨速度。具体实施方式 研磨用组合物(a)磨料在本专利技术的研磨用组合物中使用的磨料可以选自目前已知的任意 的磨料，具体来说，优选选自二氧化硅、氧化铝、氧化铈、氧化锆和 氡化钛的至少1种。二氧化硅存在胶态二氧化硅、火成二氧化硅、和其他的制备方法 或性状不同的二氧化硅等多种形式。另外，氧化铝有a-氧化铝、5-氧化铝、e-氧化铝、K-氧化铝和其它 形式不同的氧化铝。另外还有根椐其制备方法而称作为火成氧化铝的 氧化铝。对于氧化铈，从氧化数的角度考虑有3价和4价的氧化铈，另外 从结晶系的角度考虑，有六方晶系、等轴晶系和面心立方晶系的氧化铈。氣化锆从结晶系的角度考虑有单斜晶系、正方晶系和非晶质的氧 化锆。另外，还有根据其制备方法而称作为火成氧化锆的氧化锆。氣化钛从结晶系的角度考虑有一氧化钛、三氧化二钛、二氧化钛 和其他的氣化钛。另外，还有根据其制备方法而称作为火成氧化钛的 氧化钛。在本专利技术的组合物中，可以任意地、根据需要组合来使用这些化 合物。在组合时，其组合方法或使用的比例没有特别地限定。但是， 从本专利技术的效果、且经济性或易于获得的角度考虑，优选二氧化硅， 特别优选胶态二氣化硅。本专利技术的研磨用组合物也可以含有2种以上的上述磨料。另外， 也可以将2种以上的同种类且平均一次粒径不同的磨料进行混合来使 用。这里，平均一次粒子径利用由BET法(氮吸附法)得到的比表面积计算求得。另外在将具有不同一次粒径的磨料进行混合时，作为磨料 整体的一次粒径可以如下述那样来计算，即，对于各磨料计算(该磨料 相对于磨料的总重量的重量比x该磨料的比表面积)，由其总和求得磨料整体的比表面积，利用该磨料整体的比表面积算出磨料整体的平均一次粒径。本专利技术的研磨用组合物中使用的磨料的平均 一 次粒径 一 般为5 ~ 40nm，优选5 20nm，进而优选7 15nm。从能够以充分的速度研磨 金属层、特别是铜层的角度考虑，该平均一次粒径优选为5nm以上， 另一方面，从可良好地维持阶梯度形状的角度考虑，优选为40nm以下。另夕卜，以研磨用组合物的总重量为基准时，磨料的含量一般为O.l ~ 10重量％,优选0.5~3重量％,进而优选0.8~2重量％。从能够以充 分的速度研磨金属层、特别是铜层的角度考虑，该含量优选为0.1重量 %以上，另一方面，从抑制制造成本，和可良好地维持阶梯度形状的 角度考虑，优选为10重量％以下。(b) 力口工促进剂本专利技术的研磨用组合物进而含有至少一种加工促进剂而成。该加 工促进剂能够促进金属层、特别是铜层的研磨速度。其作用是通过捕 获由研磨产生的金属离子而促进金属层的研磨。从具有优异的金属捕获作用和易于获得的角度考虑，加工促进剂 优选的具体例子可以列举羧酸和氨基酸。能够作为加工促进剂使用的 氨基酸可以列举例如甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、 别异亮氨酸、丝氨酸、苏氨酸、别苏氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸、苯 丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、脯氨酸和胱氨酸等的中性氨基酸，精氨酸、 组氨酸等的碱性氨基酸，谷氨酸、天冬氨酸等的酸性氨基酸；羧酸可 以列举草酸、柠檬酸、琥珀酸、马来酸、酒石酸、2-喹啉羧酸(喹哪啶 酸)、2-吡咬羧酸、2， 6-吡啶羧酸、醌等 其中最优选甘氨酸。以研磨用組合物的总重量为基准本文档来自技高网...

【技术保护点】
研磨用组合物，其特征在于，含有　（ａ）磨料；　（ｂ）加工促进剂；　（ｃ）用Ｒ－ＰＯＥ（Ⅰ）表示且ＨＬＢ为７～１２的至少１种的非离子表面活性剂，式中，Ｒ表示具有支链结构的碳原子数为１０～１６的烷基，ＰＯＥ表示聚氧乙烯链；　 　（ｄ）至少１种的阴离子表面活性剂；　（ｅ）与上述非离子表面活性剂和上述阴离子表面活性剂不同的保护膜形成剂；　（ｆ）氧化剂；和　（ｇ）水而成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：安井晃仁，大和泰之，平野达彦，水野博史，
申请(专利权)人：福吉米股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]