[发明专利]研磨用组合物

说明书

技术领域

本发明涉及研磨用组合物。更详细地，本发明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。

背景技术

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(バリア)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(デイッシング)。

为了解决这种问题，研究了各种技术。在专利文献1中，公开了一种化学机械研磨用浆液，其含有包含一次粒径为5～30nm、缔合度为5以下的胶体粒子的研磨粒子。另外相对于此，公开了将一次粒子径超过20nm的第2胶体粒子组合的内容。但是，根据本发明人们的研究，该专利文献中记述的浆液未必能够得到高的研磨速度，另外平坦性也有改良的空间。这恐怕是因为2种胶体粒子大小的比例或缔合度等没有充分调节的缘故。

另外，在专利文献2中，公开了将具有屏蔽金属膜和导体膜的被研磨体进行研磨的CMP法。该方法是将一个被研磨体利用2种研磨液连续进行研磨的方法，这些研磨液含有(1)一次粒径为20～50nm、且缔合度为2～5的粒子、(2)有机酸和(3)氧化剂，2种研磨液是含有粒径相同的粒子的液体。

另外，在专利文献3中，公开了一种研磨剂，其含有平均一次粒径为5～300nm的范围、研磨剂中的缔合度为1.5～5的范围的磨料(A)、氧化剂(B)、保护膜形成剂(C)、酸(D)、碱性化合物(E)、和水(F)。根据本发明人的研究，对于这些专利文献中所示的、含有单一粒子的研磨用组合物，难以满足平坦化特性优异、且即使对于在表面形成了氧化膜等改质层的被研磨物，也不产生研磨速度的降低这两者的性能。另外，当如专利文献3那样使用具有60nm以上的一次粒径的磨料时，平坦化性能也显著变差。

【专利文献1】特开2002-141314号公报

【专利文献2】特开2007-227669号公报

【专利文献3】特开2007-12679号公报

发明内容

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。

本发明的研磨用组合物的特征在于，含有

(a)磨料、

(b)加工促进剂、

(c)表面缩穴抑制剂、和

(d)水而成，

上述磨料至少包含第一磨料和第二磨料，上述第二磨料的平均一次粒径D_L1相对于上述第一磨料的平均一次粒径D_S1的比例D_L1/D_S1为5>D_L1/D_S1>1，且上述第一磨料的缔合度为1.8以上且5以下，上述第二磨料的缔合度为2.5以下。

根据本发明，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

在本发明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、氧化锆和氧化钛的至少1种。