化学机械抛光用淤浆及其形成方法和半导体器件制造方法技术

ＣＭＰ用淤浆，它具有：液体；包含于此液体中的多种研磨粒子，此研磨粒子包含至少一种以上的有机粒子和至少一种以上的无机粒子，而此有机与无机粒子则通过热结合一体化。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件制造领域中使用的CMP用淤浆、它的形成方法以及包括CMP法的半导体器件的制造方法。
技术介绍
近年来，在半导体器件的制造领域中，伴随着半导体器件的高度集成化和半导体元件的细微化，正在开发种种的微加工技术。其中例如CMP技术是形成金属镶嵌配线方面不可欠缺的重要技术。在由金属CMP形成金属镶嵌配线时，避免划伤和抑制侵蚀乃是最大的课题。为了抑制侵蚀，采用了硬质的研磨布，而且对于过抛光的问题则必须采用有余量的CMP用淤浆(以下简作淤浆)。为了扩大过抛光的余量，如何有效地将负载的变化传递给被研磨基体金属膜成为关键问题。这就是说，要求有研磨速度能灵敏地响应负载变化的，所谓研磨速度负载相关性高的CMP特性。作为实现这种CMP特性的方法，采用含有以有机粒子(单数形式)和无机粒子(多种形式)一体化的材料为研磨粒子的淤浆是有效的。这种方法是使无机粒子凝集于没有研磨力的有机粒子的周围，把有机粒子用作无机粒子的辅助粒子。具体地说，采用上述淤浆时，通过有机粒子所具有的弹性能使负载的变化有效地传递给被研磨基体，而提高了研磨速度的负载相关性。此外，当采用了上述淤浆，由于有机粒子具有弹性，即使采用了硬质研磨布也能避免划伤。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供用于实现低侵蚀和高过抛光余量的CMP的有效淤浆及其形成方法，以及包括具有能实现低侵蚀与高过抛光余量的CMP的CMP工艺的半导体器件的制造方法。为了达到上述目的，本专利技术的第一方面是包含有液体，此液体所包含的多种研磨粒子中则包含至少一种以上的有机粒子和至少一种以上的无机粒子，而上述有机粒子和无机粒子则通过热粘合成为整体。本专利技术的第二方面是将多种有机粒子与多种无机粒子在粉体状态下混合，同时利用机械融合现象，将上述多种有机粒子中的至少一种以上与前述多种有机粒子的至少一种以上整体化成多个研磨粒子，再把这多种研磨粒子添加到溶液中。此外，本专利技术的第二方面包括采用本专利技术的淤浆进行CMP的工艺。本专利技术的其他目的与优点将陈述于后面的说明中，并将部分地通过此说明获得理解或可以通过实施本专利技术来认识。本专利技术的种种目的与优点可以借助后面具体指出的装置与混合物来实现与达到。附图说明包括在并构成为此说明书一部分的附图阐明了本专利技术当前最佳的实施形式，它们与前面的概述和下面将给出的最佳实施形式的详述在一起，用来说明本专利技术的原理。图1是有关本专利技术的和先有的淤浆在研磨速度、淤浆稳定性与淤浆供给是否良好的总图；图2A与2B说明采用本专利技术第一实施例的淤浆时的负载相关性；图3说明采用本专利技术第一实施例的与先有的淤浆时各自的负载相关性；图4说明采用本专利技术第一实施例的与先有的淤浆时各自的侵蚀与配线宽度的相关性；图5A与5B说明采用本专利技术第二实施例的淤浆时的负载相关性；图6A～6D是示明本专利技术第三实施例的Al金属镶嵌配线形成方法的工艺剖面图；图7A与7B说明采用本专利技术第三实施例的淤浆时的负载相关性；图8A与8B说明采用本专利技术第四实施例的淤浆时的负载相关性；图9概示制造利用机械融合现象的研磨粒子时所用的制造设备。具体实施例方式下面参看附图说明本专利技术的实施例。(第一实施例)本实施例说明W金属镶嵌配线时所用的W-CMP用淤浆。本实施例中W-CMP用淤浆的各研磨粒子是由有机粒子PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)(单数)与无机粒子二氧化锰(多种)于粉体状态下混合(粉体混合)，通过机械融合现象将两种粒子热粘合成PMMA(多种)与二氧化锰(多数)的凝聚体。下面说明这种利用机械融合现象的具体的研磨粒子制造方法(参看图9)。首先将两种粉体借助离心力固定于旋转容器21的内壁上。用固定于中心轴上的内部构件22将其瞬时地压密。然后由刮板23刮集接受了这种作用的粉体。通过反复高速地进行上述操作，恰当地应用压密/剪断作用作粒子复合化处理，就能由机械融合现象获得两种粒子热粘合成的凝聚体。本实施例中把这样求得的凝聚体用作研磨粒子。将上述研磨粒子加到纯水中便得到W-CMP用淤浆。再用过滤器除去未构成凝聚体的PMMA与二氧化锰。凝聚体的粒径比PMMA与二氧化锰大。因而采用孔的尺寸比凝聚体粒度小的过滤器就能容易地除去PMMA与二氧化锰。这样地通过粉体混合形成的W-CMP用淤浆(本专利技术的淤浆)比由液体混合形成的W-CMP用淤浆(比较例的淤浆)有更强的粒子间引力。结果，本专利技术的淤浆与比较例的淤浆相比，成为研磨速度、淤浆稳定性与淤浆供给等CMP特性都良好的淤浆。用液体混合成的CMP用淤浆是通过将包含有机粒子(多种形式)的淤浆与包含无机粒子(多种形式)的淤浆混合，利用范德瓦尔斯力或静电力可将这些粒子一体化为用作研磨粒子的有机粒子(单数)和无机粒子(多种)的凝聚体。由上述方法求得的凝聚体的粒子间的引力是不充分的。因此，在采用包含上述凝聚体的淤浆时，不能求得快速的研磨速度，得不到所期待的大的负载相关性。图1中相对于本专利技术的与比较例的淤浆示明了上述CMP特性是否优良的汇总结果。无机粒子与有机粒子的一次粒子粒度最好为5～1000nm。一次粒子粒度是分散状态粒子的粒径。因此不是图1所示凝聚体的粒度。一次粒子粒度的上限是1000nm的理由是粒度超过1000nm的粒子特别难于控制其分散性。一次粒子粒度的下限为5nm的理由是粒度小于5nm的粒子由于有激烈的布朗运动易于相互吸引，而使吸附粒子的沉淀速度将加快，结果便难以保证必要的研磨速度。淤浆中无机粒子的浓度最好约为0.5～3wt％而有机粒子的浓度最好约为0.1～2wt％。无机粒子与有机粒子的浓度上限值分别为约3wt％与2wt％的理由之一是，浓度超过上述值之后，粒子的分散性差，结果使粒子相互间吸引而形成大的凝聚体。由于这种凝聚体的沉淀，就会减少用于研磨目的的研磨粒子数，结果难以确保必要的研磨速度。此外的理由是，当浓度降到上述值以下，SiO2膜等绝缘膜的研磨速度变快，不易对金属膜作选择地除去。另一方面，使无机粒子与有机粒子的浓度下限值分别为约0.5wt％与约0.1wt％的理由是，当浓度降到上述值以下时，难以确保必要的研磨速度。至于负载相关性的问题，如图2A所示，在低负载情形，PMMAl与二氧化锰2的凝集体不变形，而二氧化锰对W膜3几乎不起作用，W膜3在未被氧化时是很硬的膜，因而在不发生氧化时，W膜3的研磨基本不能进行。另一方面，在高负荷的情形，如图2B所示，PMMAl发生弹性变形，有很多的二氧化锰2作用于W膜3，二氧化锰2与W膜3的相互作用变大。此时，由于二氧化锰2的氧化作用，当于W膜3的表面上形成非常弱的氧化膜(WOx膜)4后，与此同时，磨料例如二氧化锰2便会将氧化膜4除去。结果能以充分快的研磨速度进行W膜3的研磨。本实施例的W-CMP用淤浆中的PMMA与二氧化锰由于热粘合而结合得很牢靠，粒子之间的引力很大。因此，采用了本实施例的W-CMP用淤浆的CMP，与采用了比较例中由液体混合致粒子间引力小的W-CMP用淤浆的CMP相比，能将负载有效地传递给W膜。结果在高负载下二氧化锰的氧化作用(化学作用)能有效地影响W膜，从而如图3所示，能够实现与比较例比研磨速度快而且负载相关性也较比较例大的CMP。于是如图4所示，根据本实施例，与比较例相比，能够与配线宽度的大小无关，抑制过抛光时的侵蚀(配线沟上被研磨的膜所除去的厚度)。这就是本文档来自技高网...

【技术保护点】
ＣＭＰ用淤浆，它包括：液体；包含于此液体中的多种研磨粒子，此研磨粒子包含至少一种以上的有机粒子和至少一种以上的无机粒子，而所述有机粒子与无机粒子通过热结合而一体化。

【技术特征摘要】
JP 2000-7-14 214510/20001.CMP用淤浆，它包括液体；包含于此液体中的多种研磨粒子，此研磨粒子包含至少一种以上的有机粒子和至少一种以上的无机粒子，而所述有机粒子与无机粒子通过热结合而一体化。2.权利要求1所述的CMP用淤浆，其中所述研磨粒子包含一种有机粒子和多种无机粒子。3.权利要求1所述的CMP用淤浆，其中所述无机粒子具有氧化作用。4.权利要求3所述的CMP用淤浆，其中所述无机粒子包括二氧化锰与二氧化铈二者中的至少一种。5.权利要求1所述的CMP用淤浆，其中还含有氧化剂，而且所述无机粒子具有促进前述氧化剂分解的催化剂作用。6.权利要求5所述的CMP用淤浆，其中所述无机粒子包含有铁、银、钌与钛之中的至少一种。7.权利要求5所述的CMP用淤浆，其中包含有权利要求3所述的无机粒子和权利要求5所述的无机粒子。8.权利要求7所述的CMP用淤浆，其中包含有权利要求4所述的无机粒子和权利要求6所述的无机粒子。9.权利要求1所述的CMP用淤浆，其中所述有机粒子所用材料包含从丙烯酸树脂、酚醛树脂、尿素树脂、密胺树脂、聚苯乙烯树脂、聚缩醛树脂与聚碳酸酯树脂组成的材料组中所选出的一种。10.权利要求1所述的CMP用淤浆，其中所述无机粒子与有机粒子的一次粒子粒度为5～1000nm。11.CMP用淤浆的形成方法，它包括将多种有机粒子与多种无机粒子于粉体状态下混合，而且利用机械融合现象将上述多种有机粒子中的至少一种以上与上述多种有机粒子中的至少一种以上一体化，形成多种研磨粒子；将这多种研磨粒子添加到液体中。12.权利要求11所述CMP用淤浆的形成方法，其中在形成所述多种研磨粒子后，将这多种研...

【专利技术属性】
技术研发人员：松井之辉，南幅学，矢野博之，福岛大，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]