[发明专利]化学机械研磨用水系分散体制备用试剂盒及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及化学机械研磨用水系分散体制备用试剂盒、化学机械研磨用水系分散体的制备方法、化学机械研磨用水系分散体及化学机械研磨方法。

背景技术

近年来，随着半导体装置的高集成化、多层布线化，利用化学机械研磨的平坦化技术受到关注。在进行该化学机械研磨时使用的化学机械研磨用水系分散体中，通常作为研磨剂配合有磨料。作为磨料，已提出了各种方案，可列举例如：热解法二氧化硅、胶态二氧化硅、氧化铝、氧化铈等无机粒子；聚甲基丙烯酸甲酯等有机粒子；使这些粒子物理或化学结合而成的有机无机复合粒子等(例如，参照专利文献1)。

然而，在化学机械研磨用水系分散体中不仅配合有磨料，此外根据需要还配合有氧化剂、有机酸、表面活性剂等各种成分。为此，以往的化学机械研磨用水系分散体存在由于长期保存引起磨料凝聚等磨料的分散稳定性方面的问题。像这样磨料凝聚沉淀的化学机械研磨用水系分散体会使化学机械研磨的性能发生变化。例如，由于布线部分被过度地研磨，可能会形成被称为“凹陷”或“磨蚀”的凹部。此外，有时还产生被称为“划痕”的刮伤状的表面缺陷等。

如果像这样磨料凝聚，则不能提供固定品质的化学机械研磨用水系分散体。尤其是欲在浓缩状态下提供化学机械研磨用水系分散体时，这种问题变得显著，一直在寻求其改善。

专利文献1：特开2003-289055号公报

发明内容

本发明的目的在于提供一种化学机械研磨用水系分散体的制备方法、以及即使是在浓缩状态下长期保存稳定性也优异的化学机械研磨用水系分散体制备用试剂盒，所述化学机械研磨用水系分散体在利用化学机械研磨的被研磨面的平坦化工序中，能够抑制凹陷、磨蚀、划痕乃至磨齿(fang)等表面缺陷。

上述的“磨齿”是本发明欲解决的新课题。以下对“磨齿”进行详细说明。

本说明书中的“磨齿”是指尤其是在金属层由铜或铜合金构成的情况下显著发生的现象，在含铜或铜合金微细布线的区域与不含铜或铜合金微细布线的区域(衬底部分)的界面，由于化学机械研磨导致的成为半导体装置缺陷的沟状伤痕。

作为发生磨齿的一个主要原因，可以被认为是在含铜或铜合金微细布线的区域与不含铜或铜合金微细布线的区域(衬底部分)的界面，化学机械研磨用水系分散体中所含的成分不均匀地局部存在，界面附近被过度地研磨。例如，如果化学机械研磨用水系分散体中所含的磨料成分在上述界面附近以高浓度存在，则在该界面的研磨速度局部增大而被过度地研磨。如果如此过度地研磨，则出现尖锐钉状(spike)的平坦性不佳。即，这是被称为“磨齿”的研磨缺陷。

磨齿根据布线图案而有各种发生形态，对于本申请发明欲解决的磨齿的发生要因，以图1(A)～图1(D)所示的被处理体100为一例，进行具体说明。

被处理体100如图1(A)所示，在基体10上依次层合下列各层而构成：形成有沟槽等布线用凹部20的绝缘层12；以覆盖绝缘层12的表面以及布线用凹部20的底部和内壁面的方式设置的阻挡层14；填充布线用凹部20、并在阻挡层14上形成的由铜或铜合金构成的层16。并且，被处理体100包含含铜或铜合金微细布线的区域22和不含铜或铜合金微细布线的区域24。另外，在含微细布线的区域22中，容易形成有图1(A)所示的铜或铜合金的凸部。

图1(B)显示了将由铜或铜合金构成的层16通过化学机械研磨进行研磨，直至阻挡层14露出表面后的状态。在该阶段，还未发生磨齿。

图1(C)显示了进行化学机械研磨直到磨削掉阻挡层14，绝缘层12露出表面后的状态。将阻挡层14进行化学机械研磨时，在含铜或铜合金微细布线的区域22与不含铜或铜合金微细布线的区域24的界面，有时发生微细的伤痕26。

图1(D)显示了进一步进行化学机械研磨，磨削入绝缘层12后的状态。在该阶段，微细的伤痕26变成沟状的伤痕磨齿28。

该磨齿有时会成为半导体装置的缺陷，从使半导体装置制造的成品率降低的观点出发是不合适的。

本发明的化学机械研磨用水系分散体制备用试剂盒，具备第1组合物和第2组合物，所述第1组合物包含平均一次粒径为15nm～40nm的胶态二氧化硅和碱性化合物、且pH为8～11，所述第2组合物包含聚(甲基)丙烯酸和除其以外的具有2个以上羰基的有机酸、且pH为1～5。

本发明的化学机械研磨用水系分散体制备用试剂盒中，所述具有2个以上羰基的有机酸的pKa可以为3以下。

本发明的化学机械研磨用水系分散体制备用试剂盒中，所述具有2个以上羰基的有机酸可以是选自马来酸、喹啉酸和柠檬酸中的至少一种。