专利名称：Cmp用研磨液以及使用该研磨液的研磨方法
技术领域：
本发明涉及一种在半导体晶片材料的化学机械研磨(CMP)中使用的研磨液。并特别涉及一种用于研磨设置在半导体晶片表面上的氧化硅膜的研磨液。
背景技术：
在半导体制造领域中，随着超LSI设备的高性能化，在现有技术发展趋势的微细化技术中，兼具高集成化和高速化达到了极限。因此，正在开发一种在推进半导体元件微细化的同时，在垂直方向上也高集成化的技术，即，将配线多层化的技术。在制造配线多层化器件(device)的过程中，最重要的技术之一包括CMP技术。 CMP技术，是通过化学气相蒸镀(CVD)等在基板上形成薄膜后，使其表面平坦化的技术。例如，为了确保光刻(lithography)的焦点深度，通过CMP进行处理是必不可少的。当基板表面上存在有凹凸时，会产生在曝光工序中无法对焦，或无法充分形成微细配线结构等不良情况。CMP技术在器件制造过程中，还适用于如下工序通过研磨等离子体氧化膜(BPSG、 HDP-SiO2, p-TEOS)而形成元件隔离区域的工序、形成层间绝缘膜的工序、或者在将含有氧化硅的膜埋入金属配线中后，使插塞(例如，Al · Cu插塞)平坦化的工序等。通常，使用能够向研磨垫上供给研磨液的装置进行CMP。通过一边向基板表面和研磨垫之间供给研磨液，一边将基板按在研磨垫上，来研磨基板表面。在CMP技术中，高性能的研磨液是要素技术之一，此前，各种研磨液的开发也在进行中(例如，参见专利文献1)。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开2008-288537号公报
发明内容
发明要解决的问题需要予以说明的是，在于基板上形成元件隔离区域的工序中，预先在基板表面上设置沟槽，并通过CVD等形成绝缘膜(例如，氧化硅膜)以填埋该沟槽。然后，通过CMP使绝缘膜表面平坦化，由此形成元件隔离区域。在于表面上设置了沟槽等元件隔离结构的基板上形成绝缘膜时，在绝缘膜的表面上也产生对应于元件隔离结构凹凸的凹凸。对于具有凹凸的表面，优先除去凸部，另一方面，慢慢地除去凹部，由此实现平坦化。为了提高半导体生产的产量，优选尽可能快速地除去基板上所形成的绝缘膜的不必要部分。例如，在为了应对元件隔离区域的狭窄化而采用浅沟槽隔离(STI)时，要求以高研磨速度除去作为绝缘膜而设置在基板上的氧化硅膜的不必要部分。然而，在使用对氧化硅膜的研磨速度快的CMP用研磨液时，研磨结束后的研磨面通常变得粗糙，存在有平坦性变差的倾向。因此，有时将绝缘膜的研磨处理分成两个阶段， 并在各个工序中使用不同种类的研磨液，由此可以实现生产效率的提高。在第1工序(粗加工工序)中，使用对氧化硅膜的研磨速度高的研磨液除去氧化硅膜的大部分。在第2工序(抛光工序)中，慢慢除去氧化硅膜，并抛光至研磨面充分平坦。在第1工序中，如上所述，要求对氧化硅膜高的研磨速度。然而，即使在使用相同的研磨液时，有时因基板表面的状态而不能达到足够高的研磨速度。例如，在研磨具有平坦的基板、以及设置在其表面上的平坦的氧化硅膜的晶片(氧化硅膜的无图形晶片)时，能够实现对氧化硅膜高的研磨速度，但在研磨表面上具有凹凸的晶片时，则不能达到期待的研磨速度。另外，通过CMP研磨氧化硅膜的机理很多地方尚未明确，并且产生这种现象的原因也不清楚。此外，在基板表面上所形成的凹凸有多种形式。例如，因配线宽度而导致的凹凸宽度、凹凸高度或者配线的方向，随着各工序或器件的用途而不同。目前的现状是，以往的CMP 研磨液即使能够较好地研磨某些基板，但对于其它类型的基板，也未必能够同样地研磨。特别是如上所述，在将对于氧化硅膜的CMP分成两个阶段以上时，由于在第1工序中高研磨速度比平坦性优先，因而研磨速度的下降会导致生产性的下降。本发明为解决上述问题的发明，其目的在于提供一种能够实现对氧化硅膜足够高的研磨速度，并且和以往的研磨液相比，不依存于基板表面状态的高通用性的CMP研磨液以及使用该研磨液的研磨方法。解决问题的方法本发明人等为了解决上述问题，对于CMP用研磨液中所配合的添加剂反复进行了深入研究。本发明人等使用各种有机化合物作为添加剂，调制了很多研磨液。使用这些研磨液研磨氧化硅膜，进行研磨速度的评价。结果发现，使用具有特定化学结构的化合物作为添加剂，对于实现高研磨速度是有效的，由此完成本发明。本发明的CMP用研磨液含有研磨粒、添加剂和水，并且添加剂包含1种或2种以上满足全部下述条件的化合物。i)在分子内具有1个或2个以上包含至少一个碳碳双键(C = C)的环状结构。碳碳双键还包括形成共振结构的碳碳键。ii)在分子内具有1个以上4个以下-OH结构。-OH结构还包括-COOH基团所具有的-OH结构。iii)分子内的-COOH基团为1个以下。iv)在分子内具有下述第1结构和第2结构中的至少一者。第1结构具有碳原子C1以及与碳原子C1邻接的碳原子C2，并且在碳原子C1上连接有-OH基团，在碳原子C2上连接有选自-OX基团、=0基团、-NX基团、-NX(C3)基团和-CH = N-OH基团中的至少一个取代基。X为氢原子或碳原子，C3为与氮原子连接的碳原子。在碳原子C\C2和C3中，不足的残余键的连接方式和连接原子是任意的，并且当X为碳原子时， X中不足的残余键的连接方式和连接原子是任意的。第2结构具有碳原子C1以及与碳原子C1邻接的碳原子C2，并且在碳原子C1上连接有-CH = N-OH基团，在碳原子C2上连接有-CH = N-OH基团。在碳原子C1和C2中，不足的残余键的连接方式和连接原子是任意的。ν)条件iv中的碳原子C1和碳原子C2中的至少一者形成条件i中的环状结构的一部分，或者与条件i中的环状结构连接。根据本发明的CMP用研磨液，可以实现对氧化硅膜的足够高的研磨速度。此外，高研磨速度并不较大程度地依存于作为研磨对象的基板表面的状态即可实现。产生这些效果的原因尚未明确，但可以推测通过使用具有特定化学结构的化合物作为添加剂，研磨液和氧化硅膜的相互作用变大，结果研磨速度提高。如上所述，本发明的研磨液具有并不较大程度地依存于基板表面的状态即可实现高研磨速度的特点，因此适合于在具有凹凸的基板上所设置的氧化硅膜的粗加工。此外，本发明的研磨液还具有如下优点即使对于使用以往研磨液难以得到高研磨速度的半导体材料，也能够进行高速研磨。例如，即使在研磨具有存储单元的半导体基板这种从上方观察时具有凹部或凸部被设置为T字形状或格子形状的部分的基板的氧化硅膜时，也可以实现高研磨速度。条件iv中的第1结构，优选选自由下述式a) m)表示的结构。
权利要求
1.一种研磨液，其为含有研磨粒、添加剂和水的CMP用研磨液，所述添加剂包含1种或2种以上满足全部下述条件i-ν的化合物， i)在分子内具有1个或2个以上包含至少一个碳碳双键的环状结构，所述碳碳双键还包括形成共振结构的碳碳键； )在分子内具有1个以上4个以下-OH结构，所述-OH结构还包括-COOH基团所具有的-OH结构；iii)分子内的-COOH基团为1个以下；iv)在分子内具有下述第1结构和第2结构中的至少一者第1结构具有碳原子C1以及与该碳原子C1邻接的碳原子C2 ；在所述碳原子C1上连接有-OH基团，在所述碳原子C2上连接有选自-OX基团、=0基团、-NX基团、-NX (C3)基团和-CH = N-OH基团中的至少一个取代基，X为氢原子或碳原子，C3为与氮原子连接的碳原子；在所述碳原子C1、C2和C3中，不足的残余键的连接方式和连接原子是任意的；当X为碳原子时，X中不足的残余键的连接方式和连接原子是任意的；第2结构具有碳原子C1以及与该碳原子C1邻接的碳原子C2 ；在所述碳原子C1上连接有-CH = N-OH基团，在所述碳原子C2上连接有-CH = N-OH基团；在所述碳原子C1和C2 中，不足的残余键的连接方式和连接原子是任意的；ν)条件iv中的所述碳原子C1和所述碳原子C2中的至少一者形成所述条件i中的所述环状结构的一部分，或者与所述条件i中的所述环状结构连接。
2.如权利要求1所述的研磨液，其中，所述条件iv中的所述第1结构选自由下述式 a) m)表示的结构，
3.如权利要求1或2所述的研磨液，其中，所述条件iv中的所述第2结构选自由下述式η) P)表示的结构，
4.如权利要求1 3中任一项所述的研磨液，其中，所述添加剂包含选自由尿嘧啶-6-羧酸、扁桃酸、水杨醛肟、抗坏血酸、儿茶酚、3-甲基儿茶酚、4-甲基儿茶酚、4-叔丁基儿茶酚、1，4_苯醌二肟、2-吡啶甲醇、4-异丙基环庚三烯酚酮、2-羟基-2，4，6-环庚三烯-1-酮、5-氨基-尿嘧啶-6-羧酸和二苯基乙醇酸组成的组中的1种或2种以上的化合物。
5.一种研磨液，其为含有研磨粒、添加剂和水的CMP用研磨液，所述添加剂为4-吡喃酮系化合物，该4-吡喃酮系化合物为下述通式(1)所表示的化合物，O式中，X11、X12和X13各自独立地为氢原子或1价的取代基。
6.如权利要求5所述的研磨液，其中，所述4-吡喃酮系化合物为选自由3-羟基-2-甲基-4-吡喃酮、5-羟基-2-(羟甲基)-4-吡喃酮、2-乙基-3-羟基-4-吡喃酮组成的组中的至少一种化合物。
7.如权利要求1 6中任一项所述的研磨液，其中，pH值不到8。
8.如权利要求1 7中任一项所述的研磨液，其中，进一步含有pH调节剂。
9.如权利要求1 8中任一项所述的研磨液，其中，相对于100质量份该研磨液，所述添加剂的含量为0. 01 5质量份。
10.如权利要求1 9中任一项所述的研磨液，其中，相对于100质量份该研磨液，所述研磨粒的含量为0. 01 10质量份。
11.如权利要求1 11中任一项所述的研磨液，其中，所述研磨粒的平均粒径为50 500nmo
12.如权利要求1 12中任一项所述的研磨液，其中，所述研磨粒包含铈系化合物。
13.如权利要求12所述的研磨液，其中，所述铈系化合物为氧化铈。
14.如权利要求1 13中任一项所述的研磨液，其中，所述研磨粒包含具有晶界的多晶氧化铈。
15.如权利要求1 14中任一项所述的研磨液，其中，进一步含有非离子性表面活性剂。
16.如权利要求1 15中任一项所述的研磨液，其中，进一步含有饱和单羧酸作为第2 添加剂。
17.如权利要求16所述的研磨液，其中，所述饱和单羧酸的碳原子数为2 6。
18.如权利要求16或17所述的研磨液，其中，所述饱和单羧酸为选自由乙酸、丙酸、 丁酸、异丁酸、戊酸、异戊酸、三甲基乙酸、氢化当归酸、己酸、2-甲基戊酸、4-甲基戊酸、2， 3-二甲基丁酸、2-乙基丁酸、2，2-二甲基丁酸和3，3-二甲基丁酸组成的组中的至少一种化合物。
19.如权利要求16 18中任一项所述的研磨液，其中，相对于100质量份该研磨液，所述饱和单羧酸的含量为0. 01 5质量份。
20.一种研磨方法，其用于研磨在表面上具有氧化硅膜的基板，该方法具有如下工序一边向所述氧化硅膜和研磨垫之间供给权利要求1 19中任一项所述的研磨液，一边通过所述研磨垫对所述氧化硅膜进行研磨。
21.如权利要求20所述的方法，其中，所述基板为从上方观察时具有凹部或凸部被设置为T字形状或格子形状的部分的基板。
22.如权利要求20或21所述的方法，其中，所述基板为具有存储单元的半导体基板。
全文摘要
本发明的CMP研磨液，含有研磨粒、添加剂和水，并且配合了满足规定条件的有机化合物作为添加剂。本发明的研磨方法，以表面上具有氧化硅膜的基板作为对象，并且具有一边向氧化硅膜和研磨垫之间供给上述CMP研磨液，一边通过研磨垫进行氧化硅膜的研磨的工序。
文档编号H01L21/304GK102232242SQ20098014839
公开日2011年11月2日 申请日期2009年12月10日 优先权日2008年12月11日
发明者佐藤英一, 太田宗宏, 星阳介, 木村忠广, 榎本和宏, 深泽正人, 羽广昌信, 茅根环司, 野部茂 申请人:日立化成工业株式会社