專利名稱：Cmp用研磨液以及使用該研磨液的研磨方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在半導體晶片材料的化學機械研磨(CMP)中使用的研磨液。并特別涉及一種用于研磨設置在半導體晶片表面上的氧化硅膜的研磨液。
背景技術：
在半導體制造領域中，隨著超LSI設備的高性能化，在現(xiàn)有技術發(fā)展趨勢的微細化技術中，兼具高集成化和高速化達到了極限。因此，正在開發(fā)一種在推進半導體元件微細化的同時，在垂直方向上也高集成化的技術，即，將配線多層化的技術。在制造配線多層化器件(device)的過程中，最重要的技術之一包括CMP技術。 CMP技術，是通過化學氣相蒸鍍(CVD)等在基板上形成薄膜后，使其表面平坦化的技術。例如，為了確保光刻(lithography)的焦點深度，通過CMP進行處理是必不可少的。當基板表面上存在有凹凸時，會產(chǎn)生在曝光工序中無法對焦，或無法充分形成微細配線結構等不良情況。CMP技術在器件制造過程中，還適用于如下工序通過研磨等離子體氧化膜(BPSG、 HDP-SiO2, p-TEOS)而形成元件隔離區(qū)域的工序、形成層間絕緣膜的工序、或者在將含有氧化硅的膜埋入金屬配線中后，使插塞(例如，Al · Cu插塞)平坦化的工序等。通常，使用能夠向研磨墊上供給研磨液的裝置進行CMP。通過一邊向基板表面和研磨墊之間供給研磨液，一邊將基板按在研磨墊上，來研磨基板表面。在CMP技術中，高性能的研磨液是要素技術之一，此前，各種研磨液的開發(fā)也在進行中(例如，參見專利文獻1)?，F(xiàn)有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本特開2008-288537號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題需要予以說明的是，在于基板上形成元件隔離區(qū)域的工序中，預先在基板表面上設置溝槽，并通過CVD等形成絕緣膜(例如，氧化硅膜)以填埋該溝槽。然后，通過CMP使絕緣膜表面平坦化，由此形成元件隔離區(qū)域。在于表面上設置了溝槽等元件隔離結構的基板上形成絕緣膜時，在絕緣膜的表面上也產(chǎn)生對應于元件隔離結構凹凸的凹凸。對于具有凹凸的表面，優(yōu)先除去凸部，另一方面，慢慢地除去凹部，由此實現(xiàn)平坦化。為了提高半導體生產(chǎn)的產(chǎn)量，優(yōu)選盡可能快速地除去基板上所形成的絕緣膜的不必要部分。例如，在為了應對元件隔離區(qū)域的狹窄化而采用淺溝槽隔離(STI)時，要求以高研磨速度除去作為絕緣膜而設置在基板上的氧化硅膜的不必要部分。然而，在使用對氧化硅膜的研磨速度快的CMP用研磨液時，研磨結束后的研磨面通常變得粗糙，存在有平坦性變差的傾向。因此，有時將絕緣膜的研磨處理分成兩個階段， 并在各個工序中使用不同種類的研磨液，由此可以實現(xiàn)生產(chǎn)效率的提高。在第1工序(粗加工工序)中，使用對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(拋光工序)中，慢慢除去氧化硅膜，并拋光至研磨面充分平坦。在第1工序中，如上所述，要求對氧化硅膜高的研磨速度。然而，即使在使用相同的研磨液時，有時因基板表面的狀態(tài)而不能達到足夠高的研磨速度。例如，在研磨具有平坦的基板、以及設置在其表面上的平坦的氧化硅膜的晶片(氧化硅膜的無圖形晶片)時，能夠?qū)崿F(xiàn)對氧化硅膜高的研磨速度，但在研磨表面上具有凹凸的晶片時，則不能達到期待的研磨速度。另外，通過CMP研磨氧化硅膜的機理很多地方尚未明確，并且產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因也不清楚。此外，在基板表面上所形成的凹凸有多種形式。例如，因配線寬度而導致的凹凸寬度、凹凸高度或者配線的方向，隨著各工序或器件的用途而不同。目前的現(xiàn)狀是，以往的CMP 研磨液即使能夠較好地研磨某些基板，但對于其它類型的基板，也未必能夠同樣地研磨。特別是如上所述，在將對于氧化硅膜的CMP分成兩個階段以上時，由于在第1工序中高研磨速度比平坦性優(yōu)先，因而研磨速度的下降會導致生產(chǎn)性的下降。本發(fā)明為解決上述問題的發(fā)明，其目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)對氧化硅膜足夠高的研磨速度，并且和以往的研磨液相比，不依存于基板表面狀態(tài)的高通用性的CMP研磨液以及使用該研磨液的研磨方法。解決問題的方法本發(fā)明人等為了解決上述問題，對于CMP用研磨液中所配合的添加劑反復進行了深入研究。本發(fā)明人等使用各種有機化合物作為添加劑，調(diào)制了很多研磨液。使用這些研磨液研磨氧化硅膜，進行研磨速度的評價。結果發(fā)現(xiàn)，使用具有特定化學結構的化合物作為添加劑，對于實現(xiàn)高研磨速度是有效的，由此完成本發(fā)明。本發(fā)明的CMP用研磨液含有研磨粒、添加劑和水，并且添加劑包含1種或2種以上滿足全部下述條件的化合物。i)在分子內(nèi)具有1個或2個以上包含至少一個碳碳雙鍵(C = C)的環(huán)狀結構。碳碳雙鍵還包括形成共振結構的碳碳鍵。ii)在分子內(nèi)具有1個以上4個以下-OH結構。-OH結構還包括-COOH基團所具有的-OH結構。iii)分子內(nèi)的-COOH基團為1個以下。iv)在分子內(nèi)具有下述第1結構和第2結構中的至少一者。第1結構具有碳原子C1以及與碳原子C1鄰接的碳原子C2，并且在碳原子C1上連接有-OH基團，在碳原子C2上連接有選自-OX基團、=0基團、-NX基團、-NX(C3)基團和-CH = N-OH基團中的至少一個取代基。X為氫原子或碳原子，C3為與氮原子連接的碳原子。在碳原子C\C2和C3中，不足的殘余鍵的連接方式和連接原子是任意的，并且當X為碳原子時， X中不足的殘余鍵的連接方式和連接原子是任意的。第2結構具有碳原子C1以及與碳原子C1鄰接的碳原子C2，并且在碳原子C1上連接有-CH = N-OH基團，在碳原子C2上連接有-CH = N-OH基團。在碳原子C1和C2中，不足的殘余鍵的連接方式和連接原子是任意的。ν)條件iv中的碳原子C1和碳原子C2中的至少一者形成條件i中的環(huán)狀結構的一部分，或者與條件i中的環(huán)狀結構連接。根據(jù)本發(fā)明的CMP用研磨液，可以實現(xiàn)對氧化硅膜的足夠高的研磨速度。此外，高研磨速度并不較大程度地依存于作為研磨對象的基板表面的狀態(tài)即可實現(xiàn)。產(chǎn)生這些效果的原因尚未明確，但可以推測通過使用具有特定化學結構的化合物作為添加劑，研磨液和氧化硅膜的相互作用變大，結果研磨速度提高。如上所述，本發(fā)明的研磨液具有并不較大程度地依存于基板表面的狀態(tài)即可實現(xiàn)高研磨速度的特點，因此適合于在具有凹凸的基板上所設置的氧化硅膜的粗加工。此外，本發(fā)明的研磨液還具有如下優(yōu)點即使對于使用以往研磨液難以得到高研磨速度的半導體材料，也能夠進行高速研磨。例如，即使在研磨具有存儲單元的半導體基板這種從上方觀察時具有凹部或凸部被設置為T字形狀或格子形狀的部分的基板的氧化硅膜時，也可以實現(xiàn)高研磨速度。條件iv中的第1結構，優(yōu)選選自由下述式a) m)表示的結構。
權利要求
1.一種研磨液，其為含有研磨粒、添加劑和水的CMP用研磨液，所述添加劑包含1種或2種以上滿足全部下述條件i-ν的化合物， i)在分子內(nèi)具有1個或2個以上包含至少一個碳碳雙鍵的環(huán)狀結構，所述碳碳雙鍵還包括形成共振結構的碳碳鍵； )在分子內(nèi)具有1個以上4個以下-OH結構，所述-OH結構還包括-COOH基團所具有的-OH結構；iii)分子內(nèi)的-COOH基團為1個以下；iv)在分子內(nèi)具有下述第1結構和第2結構中的至少一者第1結構具有碳原子C1以及與該碳原子C1鄰接的碳原子C2 ；在所述碳原子C1上連接有-OH基團，在所述碳原子C2上連接有選自-OX基團、=0基團、-NX基團、-NX (C3)基團和-CH = N-OH基團中的至少一個取代基，X為氫原子或碳原子，C3為與氮原子連接的碳原子；在所述碳原子C1、C2和C3中，不足的殘余鍵的連接方式和連接原子是任意的；當X為碳原子時，X中不足的殘余鍵的連接方式和連接原子是任意的；第2結構具有碳原子C1以及與該碳原子C1鄰接的碳原子C2 ；在所述碳原子C1上連接有-CH = N-OH基團，在所述碳原子C2上連接有-CH = N-OH基團；在所述碳原子C1和C2 中，不足的殘余鍵的連接方式和連接原子是任意的；ν)條件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條件i中的所述環(huán)狀結構的一部分，或者與所述條件i中的所述環(huán)狀結構連接。
2.如權利要求1所述的研磨液，其中，所述條件iv中的所述第1結構選自由下述式 a) m)表示的結構，
3.如權利要求1或2所述的研磨液，其中，所述條件iv中的所述第2結構選自由下述式η) P)表示的結構，
4.如權利要求1 3中任一項所述的研磨液，其中，所述添加劑包含選自由尿嘧啶-6-羧酸、扁桃酸、水楊醛肟、抗壞血酸、兒茶酚、3-甲基兒茶酚、4-甲基兒茶酚、4-叔丁基兒茶酚、1，4_苯醌二肟、2-吡啶甲醇、4-異丙基環(huán)庚三烯酚酮、2-羥基-2，4，6-環(huán)庚三烯-1-酮、5-氨基-尿嘧啶-6-羧酸和二苯基乙醇酸組成的組中的1種或2種以上的化合物。
5.一種研磨液，其為含有研磨粒、添加劑和水的CMP用研磨液，所述添加劑為4-吡喃酮系化合物，該4-吡喃酮系化合物為下述通式(1)所表示的化合物，O式中，X11、X12和X13各自獨立地為氫原子或1價的取代基。
6.如權利要求5所述的研磨液，其中，所述4-吡喃酮系化合物為選自由3-羥基-2-甲基-4-吡喃酮、5-羥基-2-(羥甲基)-4-吡喃酮、2-乙基-3-羥基-4-吡喃酮組成的組中的至少一種化合物。
7.如權利要求1 6中任一項所述的研磨液，其中，pH值不到8。
8.如權利要求1 7中任一項所述的研磨液，其中，進一步含有pH調(diào)節(jié)劑。
9.如權利要求1 8中任一項所述的研磨液，其中，相對于100質(zhì)量份該研磨液，所述添加劑的含量為0. 01 5質(zhì)量份。
10.如權利要求1 9中任一項所述的研磨液，其中，相對于100質(zhì)量份該研磨液，所述研磨粒的含量為0. 01 10質(zhì)量份。
11.如權利要求1 11中任一項所述的研磨液，其中，所述研磨粒的平均粒徑為50 500nmo
12.如權利要求1 12中任一項所述的研磨液，其中，所述研磨粒包含鈰系化合物。
13.如權利要求12所述的研磨液，其中，所述鈰系化合物為氧化鈰。
14.如權利要求1 13中任一項所述的研磨液，其中，所述研磨粒包含具有晶界的多晶氧化鈰。
15.如權利要求1 14中任一項所述的研磨液，其中，進一步含有非離子性表面活性劑。
16.如權利要求1 15中任一項所述的研磨液，其中，進一步含有飽和單羧酸作為第2 添加劑。
17.如權利要求16所述的研磨液，其中，所述飽和單羧酸的碳原子數(shù)為2 6。
18.如權利要求16或17所述的研磨液，其中，所述飽和單羧酸為選自由乙酸、丙酸、 丁酸、異丁酸、戊酸、異戊酸、三甲基乙酸、氫化當歸酸、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3，3-二甲基丁酸組成的組中的至少一種化合物。
19.如權利要求16 18中任一項所述的研磨液，其中，相對于100質(zhì)量份該研磨液，所述飽和單羧酸的含量為0. 01 5質(zhì)量份。
20.一種研磨方法，其用于研磨在表面上具有氧化硅膜的基板，該方法具有如下工序一邊向所述氧化硅膜和研磨墊之間供給權利要求1 19中任一項所述的研磨液，一邊通過所述研磨墊對所述氧化硅膜進行研磨。
21.如權利要求20所述的方法，其中，所述基板為從上方觀察時具有凹部或凸部被設置為T字形狀或格子形狀的部分的基板。
22.如權利要求20或21所述的方法，其中，所述基板為具有存儲單元的半導體基板。
全文摘要
本發(fā)明的CMP研磨液，含有研磨粒、添加劑和水，并且配合了滿足規(guī)定條件的有機化合物作為添加劑。本發(fā)明的研磨方法，以表面上具有氧化硅膜的基板作為對象，并且具有一邊向氧化硅膜和研磨墊之間供給上述CMP研磨液，一邊通過研磨墊進行氧化硅膜的研磨的工序。
文檔編號H01L21/304GK102232242SQ20098014839
公開日2011年11月2日 申請日期2009年12月10日 優(yōu)先權日2008年12月11日
發(fā)明者佐藤英一, 太田宗宏, 星陽介, 木村忠廣, 榎本和宏, 深澤正人, 羽廣昌信, 茅根環(huán)司, 野部茂 申請人:日立化成工業(yè)株式會社