专利名称：化学机械研磨剂组合及其化学机械研磨方法
技术领域：
本发明涉及到由含有研磨粉粒的化学机械研磨用水性分散体和含有杂环有机化合物的化学机械研磨用水性成分而组成的化学机械研磨剂组合。
背景技术：
近年来，随着半导体设备的高精度化，其线路也越来越变得微细。作为能使线路进一步微细化的技术，受到注目的有镶嵌法。这种方法是，在绝缘材料的预设的槽沟里埋入线路材料后，用化学机械研磨消除多余的线路材料，从而形成所需的线路。
现有的化学机械研磨中，如以铜作为线路材料进行配线时，因铜线路部位过度被研磨，容易使铜线路部位呈凹状。这种凹状线路状态叫做凹陷(dishing)或者烧蚀(erosion)，是降低半导体设备合格率的原因之一。
缩短研磨时间可减少凹陷，但有可能使绝缘材料及隔离金属层的表面仍残留着铜。这种残留物在隔离金属被研磨后仍残留于绝缘材料表面，而使产品合格率大为降低。
还有线路材料及绝缘材料上留下的刮痕，研磨中铜线路部位被腐蚀(corrosion)现象也对产品合格率有很大影响。
为了减少凹陷和烧蚀，提高半导体晶片表面的平滑性，以及防止刮痕，腐蚀，研究人员提出了各种研磨用组合物方案。
例如，在特开平10-163141号公报，公开了由研磨剂，水，三铁化合物组成的铜膜研磨剂组合可有效消除凹陷和刮痕。在特开平2000-160141号公报中公开了由研磨剂，α-丙氨酸，过氧化氢，水组成的研磨剂组合可有效抑制凹陷和烧蚀，可得到平整优良的研磨面。在特开平10-44047号公报中公开了含有水性媒体，研磨剂，氧化剂和有机酸的化学机械研磨用浆液，可调整表面的不平整，缺陷，腐蚀至最小，及使用界面活性剂可改善半导体晶片表面的平整性。
现有的化学机械研磨中，为了完全消除隔离金属层上多余的铜，研磨时有必要在隔离金属层露出以后继续研磨(过度研磨)。而这样会使线路的部分产生大面积的凹陷或者过度研磨时发生铜线路部分的腐蚀(corrosion)，从而显著降低产品合格率。所以需要有一种可防止过度研磨时凹陷的扩大及腐蚀的发生的方法。即从提高研磨工程中产品合格率的观点出发需要开发一种高性能研磨方法及研磨剂。
发明内容
发明目的为了解决上述现有技术所带来的问题，本发明提供了一种研磨方法及研磨剂用来防止过度研磨时的凹陷之扩大及线路部分的腐蚀，从而提高产品合格率。
发明内容为了解决上述问题，本发明人进行研究，发现用含有研磨粉粒的化学机械研磨用水性分散体(A)进行研磨后，并用上述化学机械研磨用水性分散体(A)和含有一种以上杂环有机化合物的化学机械研磨用水性组成物(B)来研磨，可防止过度研磨时凹陷的扩大及线路部分的腐蚀，以至达到了本发明的目的。
即，本发明所涉及的化学机械研磨剂组合由含有研磨粉粒的化学机械研磨用水性分散体(A)，以及至少含有一种杂环有机化合物并不与上述化学机械研磨用水性分散体(A)形成混合状态的化学机械研磨用水性组成物(B)来组合而成，而且上述化学机械研磨用水性组成物(B)最好再含有界面活性剂。
上述化学机械研磨用水性组成物(B)最好是，①不含研磨粉粒或者其含有研磨粉粒浓度低于上述化学机械研磨用水性分散体(A)的研磨粉粒浓度的1/2，②含有浓度为0.005～3重量％的杂环有机化合物，再可含有浓度为0.005～1重量％的界面活性剂。
另外，上述化学机械研磨用水性分散体(A)还可含有氧化剂，而上述化学机械研磨用水性组成物(B)不含氧化剂或所含氧化剂浓度低于上述化学机械研磨用水性分散体(A)中氧化剂浓度的1/2。
上述化学机械研磨用水性分散体(A)可含有浓度为0.01～5重量％的研磨粉粒，含有浓度为0.01～5重量％的杂环有机化合物，含有浓度为0.01～2重量％的界面活性剂，含有浓度为0.01～9重量％的氧化剂。
本发明涉及一种化学机械研磨方法，即一种半导体基板，它由设有槽沟的基板材及埋入在该槽沟里的金属材料组成，该金属材料则形成金属线路部分；在制造上述半导体基板时，对半导体基板上设有金属线路的平面上形成的金属层实施化学机械研磨。其特征是，一边提供含有研磨粉粒的化学机械研磨用水性分散体(A)，一边进行研磨，直到上述金属线路部分之外的非线路领域露出与上述金属层不同的层面；然后对残留在上述非线路领域的金属层进行研磨，这时除了使用上述化学机械研磨用水性分散体(A)之外，加上含有一种以上杂环有机化合物的化学机械研磨用水性组成物(B)。
发明效果本发明所涉及的化学机械研磨剂组合及其化学机械研磨方法，可抑止由过度研磨引起的凹陷的扩大及腐蚀的发生，从而防止产品合格率的下降。
图1为本发明中化学机械研磨方法各程序的一个实施例的工程示意图。
图2为本发明中化学机械研磨方法各程序的另一个实施例的工程示意图。
图3为表示过度研磨时间与到达端点的研磨时间的比例和产生凹陷的关系的图表。
符号说明1 金属材料(金属线路部分)2 基板材2a 非线路领域3a 基板材槽沟部分的隔离金属层
3b 非线路领域上的隔离金属层4金属层4a 残留金属层具体实施方式
[化学机械研磨剂组合]本发明中的化学机械研磨剂组合，由含有研磨粉粒的化学机械研磨用水性分散体(A)，以及至少含有一种杂环有机化合物并不与化学机械研磨用水性分散体(A)形成混合状态的化学机械研磨用水性组成物(B)来组合而成。这种化学机械研磨剂组合在用于化学机械研磨之前，化学机械研磨用水性分散体(A)和化学机械研磨用水性组成物(B)并不是混合状态；用于化学机械研磨时，化学机械研磨用水性分散体(A)是单独或者与化学机械研磨用水性组成物(B)混合使用。这里所说的混合，指的是在研磨时水性分散体(A)和水性组成物(B)混合在一起的状态，可以是水性分散体(A)和水性组成物(B)预先混合后供给到研磨装置，也可以是分别独立供给到研磨装置，在研磨装置内部或研磨垫上进行混合。
(A)化学机械研磨用水性分散体化学机械研磨用水性分散体(A)，只要是研磨金属膜的化学机械研磨用水性分散体，对其构成并无特殊要求。加入研磨粉粒，必要时加杂环有机化合物，界面活性剂，氧化剂其效果会更好。
(研磨粉粒)用于水性分散体(A)的研磨粉粒，可用无机粒子或有机无机合成粒子。
无机粒子中有，用热解法，把氯化硅，氯化铝，氯化钛等和氧气，氢气在气态中进行合成反应，而产生出来的热解氧化硅，热解氧化铝，热解氧化钛；用溶胶与凝胶相互转换的方法把金属醇盐加水分解缩聚，合成出来的硅；用无机胶体法进行合成，通过精制除去不纯物而产生的高纯度胶质硅。
有机无机合成粒子，只要有机粒子和无机粒子在研磨时不易分离，对其种类，构成无特别要求。例如，在聚苯乙烯，聚甲烯酸甲酯等聚合物粒子存在下，对烷氧基硅烷，铝醇盐，钛醇盐进行缩聚反应，使聚合物粒子表面形成聚硅氧烷，聚铝氧烷，聚钛氧烷等缩聚物。这种缩聚物可以是与聚合物粒子的官能团直接结合的形式，也可以是通过硅烷联结剂结合的形式。
再者，可用上述聚合物粒子和硅粒子，氧化铝粒子，氧化钛粒子通过反应形成。这时，上述合成粒子把聚硅氧烷，聚铝氧烷，聚钛氧烷等缩聚物作为粘合剂，在聚合物粒子表面形成氧化硅等粒子，也可以是氧化硅等粒子拥有的羟基等官能团和聚合物粒子的官能团相互结合而成。
有机无机合成粒子，也可以是Z-电位符号相反的有机粒子和无机粒子在水性分散体中以静电力的作用结合而成的合成粒子。
有机粒子的Z-电位在全PH领域，或除了低PH领域的广泛的PH领域中其电性多为负。有机粒子拥有羧基，亚磺酸基等，其Z-电位为负的可能性高。如有机粒子拥有氨基，在特定PH领域，其Z-电位为正。
无机粒子的Z-电位，其PH依存度较高，并拥有Z-电位为零的等电位点，随着PH值的变化，在零电位点处前后其Z-电位的符号反转。
因此，把特定的有机粒子和无机粒子，在其Z-电位呈相反符号的PH领域里混合，用静电力可结合有机粒子和无机粒子使其形成为合成粒子。即使在混合时的PH领域中两者Z-电位是同符号，之后用改变PH值的方法，把一粒子，特别是无机粒子的Z-电位变成相反符号，也可形成结合。
这种以静电结合起来的合成粒子存在的环境下，对烷氧基硅烷，铝醇盐，钛醇盐等进行缩聚，至少在合成粒子表面形成聚硅氧烷，聚铝氧烷，聚钛氧烷等缩聚物。
研磨粉粒的平均粒子径以5～1000nm为佳。平均粒子径可用激光散射回折型测定器或透过性电子显微镜来测定。平均粒子径小于5nm，可能得不到具有充分研磨速度的化学机械研磨用水性分散体。超过1000nm，对凹陷与烧蚀的抑制不够充分，还因研磨粉粒的沉淀，分离而得不到稳定的水性分散体。研磨粉粒的平均粒子径在上述范围中之10～700nm为佳，15～500nm为更佳。平均粒子径在此范围时，研磨效率高，可有效抑制凹陷与烧蚀的发生，并且不易发生粒子的沉淀，分离，从而得到稳定的化学机械研磨用水性分散体。
因为铁，镍，铅等金属离子残留在化学机械研磨处理后的半导体装置上会引起产品合格率的下降，所以研磨粉粒中这些金属离子的含有量通常不宜超过10ppm，最好为5ppm以下，理想的为3ppm，或进一步1ppm以下。当然，研磨粉粒中不含这些金属离子最理想。
上述研磨粉粒在化学机械研磨用水性分散体(A)全量中所占的比例，理想的为0.01～5重量％，更理想的为0.02～4重量％。其量小于0.01重量％就得不到理想的研磨速度，而其量大于5重量％，成本将会上升，水性分散体(A)的稳定性也会下降。
(杂环有机化合物)用于水性分散体(A)的杂环有机化合物应含有一种以上的杂环，该杂环应从含有一个以上氮原子的杂五环及杂六环中选择。上述杂环有，吡咯结构，咪唑啉结构，三唑结构等杂五环；吡啶结构，嘧啶结构，哒嗪结构，吡嗪结构等杂六环。这种杂环可形成缩聚环。具体有，氮茚基结构，异氮茚基结构，苯并咪唑结构，苯并三唑结构，喹啉结构，异喹啉结构，喹唑啉结构，噌啉结构，酞嗪结构，喹喔啉结构，吖啶结构等。
上述结构的有机化合物中，吡啶结构，喹啉结构，苯并咪唑结构，苯并三唑结构等较为理想。作为有机化合物，喹啉酸，喹呐晶酸，苯并咪唑酸，苯并三唑酸较理想，其中喹啉酸，喹呐晶酸更为理想。
上述杂环有机化合物在化学机械研磨用水性分散体(A)全量中所占的比例应以0.01～5重量％为佳。其比例低于0.01重量％，就得不到理想的研磨速度，杂环有机化合物含量为5重量％时能得到充分效果，从经济性观点来看没有必要超过5重量％。
(界面活性剂)用于水性分散体(A)的界面活性剂里有，阳离子系界面活性剂，阴离子系界面活性剂，及非离子系界面活性剂。
阳离子系界面活性剂里有脂族胺盐，脂族铵盐。
阴离子系界面活性剂里有，脂肪酸肥皂；烷基醚羧酸盐中的羧酸盐；烷基苯磺酸盐，烷基萘磺酸盐，α-烯磺酸盐等的磺酸盐；高级醇硫酸酯，烷基醚硫酸酯等硫酸盐；磷酸烷基酯等磷酸盐。
非离子系界面活性剂里有，聚氧乙烯烷基醚等醚型界面活性剂；甘油酯中的聚氧乙烯醚酯等醚酯型界面活性剂；聚乙二醇脂肪酸酯，甘油酯，山梨聚糖酯等酯型界面活性剂；乙炔二醇；乙炔二醇的乙烯氧化物附加物；乙炔醇等。
界面活性剂对化学机械研磨用水性分散体(A)全量中的比例应在2重量％以下，0.01～2重量％为更佳。界面活性剂比例在0.01重量％以下，会对凹陷与烧蚀的抑制不够充分，而高于2重量％可能会降低研磨速度，会对发泡现象的抑制也不充分。
(氧化剂)用于水性分散体(A)的氧化剂里有，过氧化氢；过醋酸，过苯甲酸，三级丁基氢过氧化物等有机过氧化物；过锰酸钾等过锰酸化合物；重铬酸钾等重铬酸化合物；碘酸钾等卤素酸化合物；硝酸，硝酸铁等硝酸化合物；过氯酸等过卤素酸化合物；过硫酸盐铵等过硫酸盐；杂多酸等。包含这种氧化剂可提高研磨速度。
上述氧化剂中，因其分解生成物无害，过氧化氢，有机过氧化物及过硫酸铵等过硫酸盐为理想的材料。
上述氧化剂在化学机械研磨用水性分散体(A)全量中所占的比例应为0.01～9重量％之内，理想的为0.02～6重量％，更理想的为0.03～5重量％。氧化剂比例低于0.01重量％，铜的氧化作用就不够充分，而且使研磨速度降低。考虑到经济性，氧化剂比例不宜高于9重量％。
(其它添加剂)有必要时化学机械研磨用水性分散体(A)中可加入各种添加剂。这样可提高分散稳定性，或提高研磨速度，或用于当研磨两种以上不同硬度的被研磨膜时调整其被研磨膜之间的研磨速度的差异。
总之，包含有机酸或无机酸可获得研磨速度更高的水性分散体(A)。有机酸里有，对甲基苯磺酸，十二烷基苯磺酸，异戊-间-二烯磺酸，葡萄糖酸，乳酸，柠檬酸，酒石酸，苹果酸，二醇酸，丙二酸，蚁酸，草酸，琥珀酸，反丁烯二酸，马来酸，邻苯二甲酸等。无机酸里有硝酸，硫酸，磷酸等。这些酸可单独使用，也可以并用两种以上。还有甘氨酸，丙氨酸，谷氨酸等氨基酸；尿素，聚乙烯丙烯氨化物，聚乙烯丙烯酸，聚乙烯吡咯啉，羟乙基纤维素等水溶性高分子，必要时也可使用。
通过在水性分散体(A)加入碱性来调整PH值，可提高研磨速度。调整PH值的时候，要考虑到被研磨面的电化学性质，及聚合物粒子的分散性，稳定性，还有金属研磨速度等因素，在研磨粉粒稳定存在的范围内调整。碱性材可选择乙二胺，乙醇胺及四甲基氢氧化胺等有机盐基；氢氧化钠，氢氧化钾，氢氧化铷，及氢氧化铯等碱性金属的氢氧化物，氨等无机盐基。
如上所述，通过适当选择化学机械研磨用水性分散体(A)的成分，必要时调整PH值来调节研磨速度，可得到具有所需研磨性能的化学机械研磨用水性分散体(A)。
(B)化学机械研磨用水性组成物化学机械研磨用水性组成物(B)只要包含一种以上的杂环有机化合物，对其组成并无特别限制，在不脱离本发明目的的范围内，必要时可加入研磨粉粒，界面活性剂，氧化剂等。还有，与上述水性分散体(A)同样，适当选择各成分，必要时调整PH值来调节研磨速度，可得到拥有所需研磨性能的化学机械研磨用水性组成物(B)。
(杂环有机化合物)水性组成物(B)的杂环有机化合物可选用范围与上述水性分散体(A)所用杂环有机化合物的选用范围是一致的。水性组成物(B)里包含的杂环有机化合物与水性分散体(A)里包含的杂环有机化合物可以是一样的，也可以是不一样的。这个杂环有机化合物在水性组成物(B)全量中所占的比例通常应为0.005～3重量％之内，其比例低于0.005重量％，凹陷与烧蚀的扩大和腐蚀的发生就得不到抑制，含量为3重量％时能得到充分效果，从经济性观点来看没有必要超过3重量％。
(研磨粉粒)化学机械研磨用水性组成物(B)可不含研磨粉粒，在不脱离本发明目的的范围内，必要时可加入研磨粉粒。加入研磨粉粒时其浓度应为上述水性分散体(A)的研磨粉粒浓度的1/2以下。水性组成物(B)不含或只含上述研磨粉粒浓度范围内的研磨粉粒，可抑制凹陷的扩大，并可避免发生腐蚀，从而防止产品合格率的降低。
水性组成物(B)所用研磨粉粒可选用范围与上述水性分散体(A)所用研磨粉粒的选用范围是一致的。此研磨粉粒与水性分散体(A)所用研磨粉粒可以是一样的，也可以是不一样的。
(界面活性剂)
水性组成物(B)所用界面活性剂可选用范围与上述水性分散体(A)所用界面活性剂的选用范围是一致的。此界面活性剂与水性分散体(A)所用界面活性剂可以是一样的，也可以是不一样的。
这个界面活性剂在化学机械研磨用水性组成物(B)全量中所占的比例应为0.005～1重量％之内，其比例高于0.005重量％，凹陷与腐蚀的发生就可得到抑制，从避免研磨速度的降低，产生发泡等因素来考虑，没有必要超过1重量％。
(氧化剂)化学机械研磨用水性组成物(B)可不含氧化剂，在不脱离本发明目的的范围内，必要时可加入氧化剂。加入氧化剂时其浓度应为水性分散体(A)的氧化剂浓度的1/2以下。水性组成物(B)不含或只含上述氧化剂浓度范围的氧化剂，可抑制凹陷的扩大，并可避免发生腐蚀，从而防止产品合格率的降低。
水性组成物(B)所用氧化剂可选用范围与上述水性分散体(A)所用氧化剂的选用范围是一致的。水性组成物(B)所用氧化剂与水性分散体(A)所用氧化剂可以是一样的，也可以是不一样的。
本发明涉及一种化学机械研磨方法，即一种半导体基板，它由设有槽沟的基板材及埋入在该槽沟里的金属材料组成，该金属材料则形成金属线路部分；在制造上述半导体基板时，对半导体基板上设有金属线路的平面上形成的金属层实施化学机械研磨。其特征是，一边提供含有研磨粉粒的化学机械研磨用水性分散体(A)，一边进行研磨，直到上述金属线路部分之外的非线路领域露出与上述金属层不同的层面；然后对残留在上述非线路领域的金属层进行研磨，这时除了使用上述化学机械研磨用水性分散体(A)之外，加上含有一种以上杂环有机化合物的化学机械研磨用水性组成物(B)。如图2，上述基板材在必要时可在槽沟的底部及侧壁，设有槽沟的基板材平面上涂有隔离金属层。
超大规模集成电路等半导体装置的制造过程中进行研磨处理前的半导体基板在表面涂有这种金属层作为形成金属线路部分以及金属层的金属，有纯钨，纯铝，纯铜等纯金属；还有钨，铝，铜与其他金属的合金。构成非线路部分的材料，只要有绝缘性能，对其组成并无特别限制，理想的有氧化硅，绝缘树脂等。构成隔离金属层的金属里有钽，钛，氮化钽，氮化钛等。
研磨装置可使用现有的化学机械研磨装置(如(株)荏原制作所产EPO-112型，EPO-222型；Lap Master-SFT公司产LGP-510型，LGP-552型；Applied Materials公司产品Mirra)。
本发明所涉及的化学机械研磨方法，下面将用图进行详细说明，而本发明并不仅限于此。本发明中所述被研磨的半导体基板材料，是指在半导体基板的设有金属线路部分的平面上涂有金属层4，如图1(a)，图2(a)。上述半导体基板，如图1(c)，图2(c)，与设有槽沟的基板材2和埋设在此槽沟内的金属材料1构成，金属材料形成金属线路部分。
如图1(a)或如图2(a)所示，把半导体基板材料安装在研磨装置上，一边提供化学机械研磨用水性分散体(A)，一边对金属层4进行研磨。这个研磨实施到半导体基板的金属线路部分1之外的非线路领域2a露出与上述金属层4不同的层面(端点)，如图1(b)，图2(b)。金属层4不同的层面为基板材2a或隔离金属层3b。这个端点可用测定研磨时电动机的电流值来检查出扭矩变化的方法决定，或用涡流法决定，也可用光学检测被研磨表面的颜色变化来决定。
研磨垫的种类，负载，旋转数，定盘旋转数，水性分散体(A)的流量等研磨条件，由被研磨金属层的材质来适当决定。
如图1(b)，图2(b)所示，单独使用水性分散体(A)研磨至上述端点，在非线路领域会残留一些金属层。因此，研磨至端点后继续使用化学机械研磨用水性分散体(A)加上上述化学机械研磨用水性组成物(B)，进行一定时间的过度研磨，从而去除残留金属层4a。过度研磨时间可适当决定，通常为上述到达端点所用研磨时间的0～50％。还有，研磨垫的种类，负载，旋转数，定盘旋转数，水性分散体(A)，水性组成物(B)的流量等研磨条件，由被研磨金属层的材质来决定。过度研磨时水性分散体(A)的流量应小于上述到达端点所用水性分散体(A)的流量。而水性组成物(B)的流量应控制在水性分散体(A)的流量0.5～2倍之内。
通过上述方法对金属层进行研磨后，可用通常的洗涤方法去除半导体基板表面上残留的研磨粉粒。
如上所述，单独使用水性分散体(A)研磨至基板材或隔离金属层露出为止，然后使用水性分散体(A)加上水性组成物(B)，进行过度研磨，以此来可防止凹陷的扩大，做到没有残留铜的研磨。使用本发明的化学机械研磨方法，可避免腐蚀的发生，故能造出平整优良的半导体基板。而且，使用本发明的化学机械研磨方法，单独使用水性分散体(A)研磨至端点后，只加上水性组成物(B)，就可容易进行研磨，从而造出上述半导体基板。
值得注意的是，单独使用水性分散体(A)研磨至上述端点后，为了去除残留的金属层4a，只使用水性分散体(A)进行一定时间的过度研磨，金属线路部分也一起被研磨，从而导致凹陷的扩大。而为了降低凹陷的扩大，缩短过度研磨时间就不能完全去除残留的金属层4a。还有研磨至上述端点及过度研磨时只使用水性组成物(B)，其研磨速度会很低，不容易制作出半导体基板。
具体实施例下面将用实施例对本发明进行说明，而本发明并不仅限于此实施例。实施例及比较例中的[单位]和[％]，无注明时，分别表示[重量单位]和[重量％]。
(含有热解氧化硅粒子的水分散体的调制)热解氧化硅粒子(日本Aerosil(株)产，Aerosil#90)100重量单位用超声波分散器分散于离子交换水900重量单位中，用孔径为5μm的过滤器过滤，调制成含有热解氧化硅粒子10重量％的水分散体(1)。
(含有胶质硅的水分散体的调制)在容量为2升的烧杯中放入浓度为25重量％的氨水70重量单位，离子交换水40重量单位，乙醇175重量单位以及四乙氧基硅烷21重量单位，以180转数/分的速度进行搅拌，同时把温度上升至60度。在这个温度继续搅拌两小时后，冷却，得出含有平均粒子径为97nm的胶质硅的酒精分散体。然后用蒸发器在80度温度下，边加入离子交换水，边除去酒精。反复上述操作数次直到充分除去分散体中的酒精，从而获得含有10重量％的平均粒子径为97nm的胶质硅的水分散体(2)。
(含有合成研磨粒子的水分散体的调制)在容量为2升的烧杯中放入90重量单位的异丁烯酸甲酯，5重量单位的含甲氧基的聚乙二醇异丁烯酸盐(新中村化学工业(株)产，Nk酯M-90G#400)，5重量单位的4-乙烯基啶，2重量单位的含氧系聚合作用触发剂(和光纯药(株)产，V50)及400重量单位的离子交换水，在氮气环境下进行搅拌，同时把温度上升至70度。在这个温度下聚合6小时，，获得含有平均粒子径为150nm的聚异丁烯酸甲酯的水分散体，其聚异丁烯酸甲酯具备带有氨基氧离子及聚乙二醇链的官能团。其聚合收获率达到95％。把这个含有10重量％聚异丁烯酸甲酯的水分散体100重量单位放入容量为2升的烧杯中，在放入1重量单位的甲基三甲氧基硅烷，在40度温度下搅拌2小时。然后，把含有10重量％胶质硅(日产化学(株)产snowtexO)的水分散体50重量单位用2小时徐徐加入其中，再搅拌2小时，获得了含有聚甲基丙烯酸甲酯粒子与硅粒子附着在一起的粒子的水分散体。然后，在这个分散体里加入2重量单位的乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌一小时后，再加入四乙氧基硅烷1重量单位，升温至60度继续搅拌3小时。经冷却获得了含有10重量％合成粒子的水分散体(3)。此合成粒子的平均粒子径为180nm，是在聚甲基丙烯酸甲酯粒子的80％表面附着有硅粒子而形成的粒子。
(1)化学机械研磨用水性分散体(A)的调制把一定量的离子交换水放入容量为10升的聚乙烯容器中，再放入表1所记载的杂环化合物和界面活性剂，使其各自浓度达到表1所记载的浓度，进行充分搅拌。然后边搅拌边加入表1所记载的氧化剂，使其浓度达到表1所记载的浓度。其次，加入上述调制例中调制出来的水分散体，使其研磨粉粒浓度达到表1所记载的浓度，然后进行搅拌。之后用孔径为5μm的过滤器进行过滤，获得了化学机械研磨用水性分散体(A)。
(2)化学机械研磨用水性组成物(B)的调制与上述(1)的化学机械研磨用水性分散体(A)的调制法同样，在离子交换水中加入表1所记载的各成分，使其各自浓度达到表1所记载的浓度，从而获得了化学机械研磨用水性组成物(B)。
(3)使用铜线路形式的半导体晶片的研磨把使用铜线路形式的半导体晶片(SEMATECH#831，金属线路部分及金属层使用铜，非线路部分使用氧化硅，隔离金属层使用钛)安装在研磨装置(荏原制作所产EPO-112型)上，一边按表2所记载的流量提供化学机械研磨用水性分散体(A)，一边按以下条件进行研磨。其端点是当半导体晶片的非线路部分铜层被去除时，即当非线路部分的隔离金属层露出时，用电流表示值的变化(即扭矩的变化)来判断而决定的。
(研磨条件)
研磨垫Rodel(美国)公司产IC1000-050-(603)-(P)-S400J负载200g/cm2旋转数80转/分定盘旋转数100转/分研磨至上述端点后，除了加入化学机械研磨用水性分散体(A)之外，按表2所记载的流量加入化学机械研磨用水性组成物(B)，在与上述研磨条件同样的条件下，对半导体晶片进行过度研磨。过度研磨时间定为研磨至端点所需时间的20％。
(4)凹陷评价对上述(3)中研磨的半导体晶片的100μm线路部分，用精密段差计(KLA Tencor公司产)HRP测定绝缘膜或隔离金属层平面到线路部分的最低部位之间的距离(高低差)，以此来评价凹陷，其结果如表2所示。
(5)残留铜的评价对上述(3)中研磨的半导体晶片的全部0.35μm线路部分，用光学显微镜进行观察，从而确认铜的残留情况，其结果如表2所示。
(6)腐蚀评价对上述(3)中研磨的半导体晶片的0.35μm线路部分，用扫描型电子显微镜对其铜线路的边缘部分进行观察，其结果如表2所示。
使用实施例1中的化学机械研磨用水性分散体(A)，于实施例1同样，对半导体晶片进行研磨至端点。其次，除了按表3所记流量，单独使用化学机械研磨用水性分散体(A)之外，其余条件和实施例1相同，进行过度研磨。制出来的半导体晶片与实施例1同样，进行评价，其结果如表3所示。
(1)化学机械研磨用水性组成物(b)的调制一定量的离子交换水放入10升的聚乙烯容器里，边搅拌，边加入过氧化氢，使其浓度达到表3所示浓度。然后加入上述调制例中的水分散体(2)，使研磨粒子浓度达到0.01％，进行搅拌后，用孔径为5μm的过滤器进行过滤，获得了化学机械研磨用水性组成物(b)。
(2)使用铜线路形式的半导体晶片的研磨使用实施例1同样的化学机械研磨用水性分散体(A)，与实施例1同样，对半导体晶片进行研磨至端点。然后，除了按表3所记流量，提供化学机械研磨用水性分散体(A)和化学机械研磨用水性组成物(b)之外，其余条件与实施例1相同，进行过度研磨。制出来的半导体晶片与实施例1同样，进行评价，其结果如表3所示。
使用实施例1同样的化学机械研磨用水性分散体(A)，与实施例1同样，对半导体晶片进行研磨至端点。制出来的半导体晶片与实施例1同样，进行评价，其结果如表3所示。
从表1及表2结果来看，进行过度研磨时使用化学机械研磨用水性分散体(A)以及化学机械研磨用水性组成物(B)，凹陷较小，铜的残留，腐蚀等现象也没有发生。显示出良好的效果，凹陷理想的为1500以下，如超过1500，半导体晶片多数判定为不合格。
从比较例1可看出，进行过度研磨时，只使用化学机械研磨用水性分散体(A)，而不使用化学机械研磨用水性组成物(B)研磨半导体晶片，可能导致凹陷的扩大及腐蚀的发生。
从比较例2可看出，进行过度研磨时，不使用含有杂环化合物的化学机械研磨用水性组成物(B)，而使用未含杂环化合物的化学机械研磨用水性组成物(b)，可能导致凹陷及腐蚀的发生。
从比较例3可看出，如不实施过度研磨，虽可避免凹陷的发生，但会发生铜残留在晶片表面之情况。
图3表示在实施例1及比较例1中，过度研磨时间与研磨至端点所需时间之比例，和凹陷之间的关系。可看出，使用化学机械研磨用水性组成物(B)可抑制由过度研磨引起的凹陷的增大。
实用性本发明中所涉及的化学机械研磨剂组合，在半导体制造过程中，是非常必要的。即，它适用于从高速逻辑型大规模集成电路等0.05μm级的微细线路到100μm级的线路的广范围的半导体装置的配线工程，更具体为研磨工程。
本发明中所涉及的化学机械研磨方法，可抑制凹陷的及腐蚀的发生，它可制造从高速逻辑型大规模集成电路等0.05μm级的微细线路到100μm级的线路的广范围的半导体装置。
表1
DBS-K十二烷基苯磺酸的钾盐DBS-A十二烷基苯磺酸的铵盐 SLA铵月桂基硫酸酯非离子(1)聚氧乙烯月桂基乙醚、EMULGEN 109P((株)花王制造)非离子(2)聚氧乙烯烷基醚、EMULGEN 1108((株)花王制造)非离子(3)乙炔二醇的环氧乙烷附加物、Surfynol 465(Airproducts co.ltd(株)制造)非离子(4)乙炔二醇的环氧乙烷附加物、Surfynol 485(Airproducts co.ltd(株)制造)
表2
表3 DBS-K十二烷基苯磺酸的钾盐DBS-A十二烷基苯磺酸的铵盐SLA铵月桂基硫酸酯
权利要求
1.一种化学机械研磨剂组合，由含有研磨粉粒的化学机械研磨用水性分散体(A)，以及含有一种以上杂环有机化合物并不与化学机械研磨用水性分散体(A)形成混合状态的化学机械研磨用水性组成物(B)来组合而成。
2.如权利要求1所述的一种化学机械研磨剂组合，其特征是上述化学机械研磨用水性组成物(B)含有界面活性剂。
3.如权利要求1所述的一种化学机械研磨剂组合，其特征是上述化学机械研磨用水性组成物(B)，①不含研磨粉粒或者其含有研磨粉粒浓度低于上述化学机械研磨用水性分散体(A)的研磨粉粒浓度之1/2，②含有浓度为0.005～3重量％的杂环有机化合物。
4.如权利要求3所述的一种化学机械研磨剂组合，其特征是上述化学机械研磨用水性组成物(B)，含有浓度为0.005～1重量％的界面活性剂。
5.如权利要求3所述的一种化学机械研磨剂组合，其特征是上述化学机械研磨用水性分散体(A)含有氧化剂，而上述化学机械研磨用水性组成物(B)不含氧化剂或所含氧化剂浓度低于上述化学机械研磨用水性分散体(A)中氧化剂浓度的1/2。
6.如权利要求1所述的一种化学机械研磨剂组合，其特征是上述化学机械研磨用水性分散体(A)含有浓度为0.01～5重量％的研磨粉粒，含有浓度为0.01～5重量％的杂环有机化合物，含有浓度为0.01～2重量％的界面活性剂，含有浓度为0.01～9重量％的氧化剂。
7.本发明涉及一种化学机械研磨方法，即一种半导体基板，它由设有槽沟的基板材及埋入在该槽沟里的金属材料组成，该金属材料则形成金属线路部分；在制造上述半导体基板时，对半导体基板上设有金属线路的平面上形成的金属层实施化学机械研磨。其特征是，一边提供含有研磨粉粒的化学机械研磨用水性分散体(A)，一边进行研磨，直到上述金属线路部分之外的非线路领域露出与上述金属层不同的层面；然后对残留在上述非线路领域的金属层进行研磨，这时除了使用上述化学机械研磨用水性分散体(A)之外，加上含有一种以上杂环有机化合物的化学机械研磨用水性组成物(B)。
全文摘要
本发明中所涉及的化学机械研磨方法是，用含有研磨粉粒的化学机械研磨用水性分散体(A)进行研磨后，再并用化学机械研磨用水性分散体(A)和含有一种以上杂环有机化合物的化学机械研磨用水性组成物(B)来研磨。本发明中所涉及的化学机械研磨剂组合是，由化学机械研磨用水性分散体(A)，以及化学机械研磨用水性组成物(B)来组合而成。运用本发明，可防止凹陷的扩大及线路部分的腐蚀，从而提高产品合格率。
文档编号H01L21/321GK1550538SQ200410034759
公开日2004年12月1日 申请日期2004年5月12日 优先权日2003年5月12日
发明者仕田裕贵, 金野智久, 服部雅幸, 川桥信夫, 久, 夫, 幸 申请人:捷时雅株式会社