專利名稱：Cmp方法用研磨液及研磨方法
技術領域：
本發明涉及CMP方法用研磨液，更具體地涉及在制造半導體器件時CMP方法用研磨液，特別是涉及用于使層間絕緣膜平坦化的步驟、用于在槽中形成淺槽元件分離、電容和金屬配線的埋層的步驟，以及形成磁頭的步驟中所用的CMP方法用研磨液。
背景技術：
在CMP方法中，為了改進研磨后的平坦性，將高分子陰離子表面活性劑用于研磨液的技術是常規已知的(日本未審專利發布號2001-57353)。對于該技術，活性試劑在研磨前與器件晶片(devicewafer)和/或研磨材料相互作用，并通過超過一定的研磨壓力以上的該相互作用，從而進行研磨。研磨壓力相對難以施用至表面形成有圖案的器件晶片的凹部，從而使圖案化晶片的凸部被選擇性地研磨，用以形成較優的平坦性。
偶爾情況下，CMP是通過消除形成于器件晶片表面上的圖案的水平度差異而實現的平坦化研磨方法，其預示著將化學研磨和機械研磨相結合的機械化學研磨(化學機械平面化)。
然而在該方法中，并未以高研磨壓力用來進行研磨，由此研磨后晶片上殘留有許多瑕疵，這會顯著破壞器件晶片的合格品率。
同樣，問題還在于，在高分子陰離子表面活性劑和研磨液混合時，很容易引起研磨材料的凝集，而致研磨特性出現偏差；高分子陰離子表面活性劑即使洗凈后仍易殘留于工件表面上，從而對器件晶片的合格品率無改進；高分子陰離子表面活性劑和研磨材料這兩種液體在研磨前須立即混合，因而作業性較低；等等。
本發明首要的目的是提供CMP方法用研磨液，其能夠穩定表現出優越的研磨特性，例如平坦化特性、低瑕疵特性和高洗凈特性。
本發明第二個目的是提供能夠穩定表現優越研磨特性的研磨方法。
本發明第三個目的是通過采用研磨液或采用研磨方法而提供被研磨材料。
就是說，本發明是具有如下[1]-[4]方面的發明。
CMP方法用研磨液，其特征在于包含研磨材料、水性溶劑和添加劑，并含有基于研磨液重量為至少15重量％的粒徑為20-80nm的研磨材料粒子。
采用所述研磨液進行研磨的研磨方法。
采用所述研磨液進行研磨所得的層間絕緣膜、元件分離膜或磁頭。
半導體器件，其包含層間絕緣膜或元件分離膜。
發明內容
(CMP方法用研磨液)本發明的CMP方法用研磨液必須含有粒徑范圍為20-80nm的研磨材料粒子，所述粒子占研磨液重量的至少15重量％，更優選為含有粒徑范圍為30-70nm的粒子，所述粒子占研磨液重量的至少10重量％，特別優選為含有粒徑范圍為40-60nm的粒子，所述粒子占研磨液重量的至少5重量％。當粒徑范圍為20-80nm的粒子占研磨液重量的不到15重量％時，研磨后很難形成優越的平坦化特性。
本發明中所有的粒徑均為數量基礎上的值，通過毛細管型粒度分布測量裝置而測得。通過采用MATEC APPLIED SCIENCES COR.制造的粒度分布測量裝置CHDF-2000，可以毛細管方法執行粒度分布測量方法。
(采用CHDF-2000時的測量方法)將待測量的研磨液以離子交換水稀釋10-20次，以0.5μm濾膜過濾，并以約1ml微型注射器注入粒度分布測量裝置，然后在3500psi壓力和1.4ml/min流速下使液體于毛細管柱中移動，從而將粒子分離并測量粒徑，并采用波長220nm的紫外檢測器測量濃度。
全體研磨材料中粒徑的范圍優選為1-250nm，更優選為20-100nm。其中，基于研磨液的重量，必須含有至少15重量％的粒徑范圍為20-80nm的粒子；同樣，優選為至多80重量％，更優選為至多60重量％。在研磨材料中含有粒徑范圍為20-80nm的許多粒子的方法，涉及通過制造方法賦予膠狀和煅制狀的方法，所述制造方法例如離子交換方法、溶液化學反應方法和火焰氧化方法，但不限于此。
特別優選地，通過離子交換方法或溶液化學反應方法所得膠態二氧化硅包含許多粒徑范圍為20-80nm的粒子。
待使用的研磨材料的材質可同時包含有機粉末和無機粉末。上述粉末可單獨使用或將兩種或更多種類型結合使用。
有機粉末包含環氧樹脂粉末、聚氨酯樹脂粉末、乙烯基樹脂粉末、聚酯、苯并胍胺樹脂粉末、有機硅樹脂粉末、酚醛清漆樹脂粉末、酚醛樹脂粉末等。對這些樹脂粉末，其分子量、硬度等無特別限制。
無機粉末包含金屬氧化物、金屬氮化物等。
金屬氧化物包含長周期型元素周期表中4A族、3B族、4B族和3A族中鑭系的金屬氧化物，例如氧化鋯、氧化鋁、二氧化硅、氧化鈰，等。
金屬氮化物包含元素周期表中4A族、3B族、4B族和鑭系的金屬氮化物，例如氮化鋯、氮化鋁、氮化硅、氮化鈰，等。
無機粉末可以選自上述無機粉末的一種或兩種或更多種類型而使用。
在這些研磨材料中，優選為無機粉末，更優選為金屬氧化物，特別優選為二氧化硅。
對研磨材料粒子的形狀無特別限制，對氧化鋯的情況，其特別包含單斜晶系、四方晶系、非晶質物和火成物質(火成氧化鋯)；對于氧化鋁的情況，其包含α-、δ-、θ-、κ-氧化鋁和火成物質(火成氧化鋁)；對于二氧化硅的情況，其包含膠狀和火成物質；對于氧化鈰的情況，其包含六方晶系、等軸晶系和面-心立方晶系；而對于氮化硅的情況，其包含α-、β-和非晶質氮化硅，所述形狀并不限于此。所述形狀優選為火成狀，特別是膠狀。
本發明中的添加劑優選包含在溫度25℃時pKa為7-11的堿性物質，等等，更優選為具有pKa7.5-10.5的堿性物質，特別優選的pKa為8-10。在溫度25℃時具有7或以上的pKa可顯示出優越的平坦化特性，而pKa為11或以下則可顯示出優越的洗凈性。添加量優選占研磨液重量的0.01-10重量％，更優選為0.05-5重量％。當堿性物質的添加量占研磨液重量的0.01重量％或以上時，可顯示出優越的平坦化特性，而添加量為10重量％或以下時，可顯示出優越的洗凈性。此處，pKa指代25℃溫度時堿性物質在水中的電力常數的對數值。
作為堿性物質，具有pKa為7-11的添加劑包含，例如氨和氨基化合物。
氨基化合物包含如下的脂肪胺、脂環族胺、芳族胺、聚酰胺聚胺、聚醚聚胺、加有環氧的聚胺、氰乙基化的聚胺、季銨鹽、氨基醇和其他胺。
(1)脂肪胺(優選地，碳原子數為2-18，官能團數為1-7，分子量為60-500)；(i)氨基數為1的脂肪胺；碳原子數1-8的單烷基胺(例如異丙胺和異丁胺)，碳原子數2-12的二烷基胺(例如二丙胺、二異丙胺、二丁胺、二異丁胺、二丙基氫氧化銨和二異丙基氫氧化銨)，碳原子數3-16的三烷基胺(例如三乙胺、三丙胺、三異丙胺和三異丁胺)，等；(ii)氨基數為2-7或更高的脂肪胺(優選地，碳原子數為2-18，分子量為60-500)；碳原子數為2-6的烷撐二胺(例如乙撐二胺、丙撐二胺、三甲撐二胺、四甲撐二胺和己撐二胺)，聚烷撐(碳原子數為2-6)聚胺(例如二亞乙基三胺，亞氨基雙丙胺，雙(六甲撐)三胺，三乙撐四胺，四乙撐五胺和五乙撐六胺)，等；(iii)(ii)的(碳原子數為1-4的)烷基或(碳原子數為2-4的)羥烷基取代產物[例如(碳原子數為1-3的)二烷基氨基丙胺，N，N’-二甲基己撐二胺，2，5-二甲基己撐二胺和甲基亞氨基雙丙胺]；(iv)芳族脂肪胺(優選地，碳原子數為8-15)(例如二甲苯二胺和四氯對二甲苯二胺)；(2)脂環族聚胺(優選地，碳原子數為4-15，官能團數為2或3)；1，3-二氨基環己烷，異佛爾酮二胺，4，4’-甲撐二環己烷二胺，等等；(3)雜環聚胺(優選地，碳原子數為4-15，官能團數為2或3)；哌嗪，N-氨乙基哌嗪，1，4-二氨乙基哌嗪，1，4-雙(2-氨基-2-甲基丙基)哌嗪，[例如3，9-雙(3-氨丙基)-2，4，8，10-四氧雜螺[5，5]十一烷]，等；(4)芳族聚胺(優選地，氨基數為2-7，碳原子數為6-20)；未取代的芳族聚胺，例如1，2-，1，3-和1，4-苯二胺，2，4’-和4，4’-二苯基甲烷二胺，粗二苯基甲烷二胺[聚苯基聚甲撐聚胺]，二氨基二苯基砜，聯苯胺，二氨基二苯硫醚，雙(3，4-二氨苯基)砜，2，6-二氨基吡啶，間-氨基芐胺，三苯基甲烷-4，4’，4”-三胺，及萘二胺；帶有核取代烷基(例如，帶有1-4個碳原子的烷基，如甲基、乙基、正丙基和異丙基及丁基)的芳族聚胺，如2，4-和2，6-甲苯二胺，粗甲苯二胺，二乙基甲苯二胺，4，4’-二氨基-3，3’-二甲基二苯基甲烷，4，4’-雙(鄰-甲苯胺)，聯茴香胺，二氨基二甲苯砜，1，3-二甲基-2，4-二氨基苯，1，3-二乙基-2，4-二氨基苯，1，3-二甲基-2，6-二氨基苯，1，4-二乙基-2，5-二氨基苯，1，4-二異丙基-2，5-二氨基苯，1，4-二丁基-2，5-二氨基苯，2，4-二氨基均三甲苯，1，3，5-三乙基-2，4-二氨基苯，1，3，5-三異丙基-2，4-二氨基苯，1-甲基-3，5-二乙基-2，4-二氨基苯，1-甲基-3，5-二乙基-2，6-二氨基苯，2，3-二甲基-1，4-二氨基萘，2，6-二甲基-1，5-二氨基萘，2，6-二異丙基-1，5-二氨基萘，2，6-二丁基-1，5-二氨基萘，3，3’，5，5’-四甲基聯苯胺，3，3’，5，5’-四異丙基聯苯胺，3，3’，5，5’-四甲基-4，4’-二氨基二苯基甲烷，3，3’，5，5’-四乙基-4，4’-二氨基二苯基甲烷，3，3’，5，5’-四異丙基-4，4’-二氨基二苯基甲烷，3，3’，5，5’-四丁基-4，4’-二氨基二苯基甲烷，3，5-二乙基-3’-甲基-2’，4-二氨基二苯基甲烷，3，5-二異丙基-3’-甲基-2’，4-二氨基二苯基甲烷，3，3’-二乙基-2，2’-二氨基二苯基甲烷，4，4’-二氨基-3，3’-二甲基二苯基甲烷，3，3’，5，5’-四乙基-4，4’-二氨基二苯甲酮，3，3’，5，5’-四異丙基-4，4’-二氨基二苯甲酮，3，3’，5，5’-四乙基-4，4’-二氨基二苯基醚，3，3’，5，5’-四異丙基-4，4’-二氨基二苯基砜，及這些異構體以各比例的混合物；帶有核取代吸電基團(例如，諸如Cl、Br、I和F的鹵素，諸如甲氧基和乙氧基的烷氧基，以及硝基)的芳族聚胺，例如甲撐雙-鄰氯苯胺，4-氯-鄰苯二胺，2-氯-1，4-苯二胺，3-氨基-4-氯苯胺，4-溴-1，3-苯二胺，2，5-二氯-1，4-苯二胺，5-硝基-1，3-苯二胺，3-二甲氧基-4-氨基苯胺，4，4’-二氨基-3，3’-二甲基-5，5’-二溴-二苯基甲烷，3，3’-二氯聯苯胺，3，3’-二甲氧基聯苯胺，雙(4-氨基-3-氯苯基)氧化物，雙(4-氨基-2-氯苯基)丙烷，雙(4-氨基-2-氯苯基)砜，雙(4-氨基-3-甲氧基苯基)癸烷，雙(4-氨基苯基)硫化物，雙(4-氨基苯基)碲化物，雙(4-氨基苯基)硒化物，雙(4-氨基-3-甲氧基苯基)二硫化物，4，4’-甲撐雙(2-碘苯胺)，4，4’-甲撐雙(2-溴苯胺)，4，4’-甲撐雙(2-氟苯胺)和4-氨苯基-2-氯苯胺；帶有仲氨基的芳族聚胺[從而使上述芳族聚胺的-NH2部分或全部被-NH-R’(R’為烷基，例如諸如甲基和乙基的低級烷基)取代]，例如4，4’-二(甲氨基)二苯基甲烷，及1-甲基-2-甲氨基-4-氨基苯；(5)聚酰胺聚胺通過二羧酸(例如二聚酸)與過量(2mol伯氨基或仲氨基對1mol酸)聚胺(例如上述官能團數為2-7的烷撐二胺和聚烷撐聚胺)進行縮合得到的聚酰胺聚胺(數量平均分子量為200-1000)，等；(6)聚醚聚胺(氨基數優選為2-7)；聚醚多元醇(OH數優選為2-7)的氰乙基化產物的氫化物(分子量230-1,000)，等；(7)加有環氧的聚胺將1-30mol環氧化合物[上述聚環氧化物(B1)及日本未審專利發布號2001-40331中所述的單環氧化物(b)]加入至聚胺(例如上述烷撐二胺和聚烷撐聚胺)中所得的加有環氧的聚胺，等等；(8)氰乙基化的聚胺通過丙烯腈與聚胺(例如上述脂肪聚胺)的加成反應得到的氰乙基化的聚胺(分子量230-606)(例如雙氰乙基二亞乙基三胺)，等；(9)其他聚胺化合物；(i)肼(例如肼和(1-5個碳原子的)單烷基肼)；(ii)二酰肼(帶有4-30個碳原子的脂肪二酰肼，例如琥珀酸二酰肼和己二酸二酰肼；及帶有10-40個碳原子的芳族二酰肼，例如間苯二甲酸二酰肼和對苯二甲酸二酰肼)；(iii)胍(帶有1-5個碳原子數的烷基胍，例如丁基胍；及氰基胍如1-氰基胍)；(iv)雙氰胺，等；
另外，兩種或更多種上述物質的混合物。
(10)脒的季銨鹽上述季銨鹽包含如下抗衡陰離子包含鹵素離子、羧酸陰離子、磺酸陰離子、磷酸陰離子等，但并不限于此。
(i)帶有3-30個或更多碳原子數的咪唑啉鎓(imidazolinium)1，2，3-三甲基咪唑啉鎓，1，2，3，4-四甲基咪唑啉鎓，1，3，4-三甲基-2-乙基咪唑啉鎓，1，3-二甲基-2，4-二乙基咪唑啉鎓，1，2-二甲基-3，4-二乙基咪唑啉鎓，1，2-二甲基-3-乙基咪唑啉鎓，1-乙基-3-甲基咪唑啉鎓，1-甲基-3-乙基咪唑啉鎓，1，2，3，4-四乙基咪唑啉鎓，1，2，3-三乙基咪唑啉鎓，4-氰基-1，2，3-三甲基咪唑啉鎓，2-氰甲基-1，3-二甲基咪唑啉鎓，4-乙酰基-1，2，3-三甲基咪唑啉鎓，3-乙酰基甲基-1，2-二甲基咪唑啉鎓，4-甲基羧甲基-1，2，3-三甲基咪唑啉鎓，3-甲氧基-1，2-二甲基咪唑啉鎓，4-甲酰基-1，2，3-三甲基咪唑啉鎓，4-甲酰基-1，2-二甲基咪唑啉鎓，3-羥乙基-1，2，3-三甲基咪唑啉鎓，3-羥乙基-1，2-二甲基咪唑啉鎓，等；(ii)帶有3-30個或更多碳原子的咪唑鎓(imidazolium)1，3-二甲基咪唑鎓，1-乙基-3-甲基咪唑鎓，1-甲基-3-乙基咪唑鎓，1，2，3-三甲基咪唑鎓，1，2，3，4-四甲基咪唑鎓，1，3-二甲基-2-乙基咪唑鎓，1，2-二甲基-3-乙基咪唑鎓，1-乙基-3-甲基咪唑鎓，1-甲基-3-乙基咪唑鎓，1，2，3-三乙基咪唑鎓，1，2，3，4-四乙基咪唑鎓，1，3-二甲基-2-苯基咪唑鎓，1，3-二甲基-2-芐基咪唑鎓，1-芐基-2，3-二甲基咪唑鎓，4-氰基-1，2，3-三甲基咪唑鎓，3-氰甲基-1，2-二甲基咪唑鎓，4-乙酰基-1，2，3-三甲基咪唑鎓，3-乙酰基甲基-1，2-二甲基咪唑鎓，4-羧甲基-1，2，3-三甲基咪唑鎓，4-甲氧基-1，2，3-三甲基咪唑鎓，4-甲酰基-1，2，3-三甲基咪唑鎓，3-甲酰基甲基-1，2-二甲基咪唑鎓，3-羥乙基-1，2-二甲基咪唑鎓，2-羥乙基-1，3-二甲基咪唑鎓，N，N’-二甲基苯并咪唑鎓，N，N’-二乙基苯并咪唑鎓，N-甲基-N’-乙基苯并咪唑鎓，等；(iii)帶有4-30個或更多碳原子的四氫嘧啶鎓1，3-二甲基四氫嘧啶鎓，1，2，3-三甲基四氫嘧啶鎓，1，2，3，4-四甲基四氫嘧啶鎓，8-甲基-1，8-二氮雜二環[5，4，0]-7-十一碳烯鎓，5-甲基-1，5-二氮雜二環[4，3，0]-5-壬烯鎓，4-氰基-1，2，3-三甲基四氫嘧啶鎓，3-氰甲基-1，2-二甲基四氫嘧啶鎓，4-乙酰基-1，2，3-三甲基四氫嘧啶鎓，3-乙酰基甲基-1，2-二甲基四氫嘧啶鎓，4-甲基羧甲基-1，2，3-三甲基四氫嘧啶鎓，4-甲氧基-1，2，3-三甲基四氫嘧啶鎓，3-甲氧基甲基-1，2-二甲基四氫嘧啶鎓，4-羥甲基-1，2，3-三甲基四氫嘧啶鎓，4-羥甲基-1，3-二甲基四氫嘧啶鎓，等；(iv)帶有4-30個或更多碳原子的二氫嘧啶鎓1，3-二甲基-2，4-或-2，6-二氫嘧啶鎓(以1，3-二甲基-2，4，(6)-二氫嘧啶鎓表示，下文中表述類似)，1，2，3-三甲基-2，4，(6)-二氫嘧啶鎓，1，2，3，4-四甲基-2，4，(6)-二氫嘧啶鎓，1，2，3，5-四甲基-2，4，(6)-二氫嘧啶鎓，8-甲基-1，8-二氮雜環[5，4，0]-7，9，(10)-十一碳二烯鎓，5-甲基-1，5-二氮雜環[4，3，0]-5，7(8)-壬二烯鎓，2-氰甲基-1，3-二甲基-2，4，(6)-二氫嘧啶鎓，3-乙酰基甲基-1，2-二甲基-2，4，(6)-二氫嘧啶鎓，4-甲基羧甲基-1，2，3-三甲基-2，4，(6)-二氫嘧啶鎓，4-甲氧基-1，2，3-三甲基-2，4，(6)-二氫嘧啶鎓，4-甲酰基-1，2，3-三甲基-2，4，(6)-二氫嘧啶鎓，3-羥甲基-1，2-二甲基-2，4，(6)-二氫嘧啶鎓，2-羥甲基-1，3-二甲基-2，4，(6)-二氫嘧啶鎓，等；(v)具有帶3-30個或更多碳原子數的咪唑啉鎓骨架的胍鎓(guanidium)2-二甲氨基-1，3，4-三甲基咪唑啉鎓，2-二乙氨基-1，3，4-三甲基咪唑啉鎓，2-二乙氨基-1，3-二甲基-4-乙基咪唑啉鎓，2-二甲氨基-1-甲基-3，4-二乙基咪唑啉鎓，2-二乙氨基-1，3，4-三乙基咪唑啉鎓，2-二甲氨基-1，3-二甲基咪唑啉鎓，2-二乙氨基-1，3-二甲基咪唑啉鎓，2-二乙氨基-1，3-二乙基咪唑啉鎓，1，5，6，7-四氫-1，2-二甲基-2H-酰亞胺[1，2a]咪唑啉鎓，1，5，6，7-四氫-1，2-二甲基-2H-嘧啶并[1，2a]咪唑啉鎓，1，5-二氫-1，2-二甲基-2H-嘧啶并嘧啶并[1，2a]咪唑啉鎓，2-二甲基-3-氰甲基-1-甲基咪唑啉鎓，2-二甲氨基-3-甲基羧甲基-1-甲基咪唑啉鎓，2-二甲氨基-3-甲氧基甲基-1-甲基咪唑啉鎓，2-二甲氨基-4-甲酰基-1，3-二甲基咪唑啉鎓，2-二甲氨基-3-羥乙基-1-甲基咪唑啉鎓，2-二甲氨基-4-羥甲基-1，3-二甲基咪唑啉鎓，等；(vi)具有帶3-30或更多碳原子數的咪唑鎓骨架的胍鎓2-二甲氨基-1，3，4-三甲基咪唑鎓，2-二乙氨基-1，3，4-三甲基咪唑鎓，2-二乙氨基-1，3-二甲基-4-乙基咪唑鎓，2-二乙氨基-1-甲基-3，4-二乙基咪唑鎓，2-二乙氨基-1，3，4-三乙基咪唑鎓，2-二甲氨基-1，3-二甲基咪唑鎓，2-二甲氨基-1-乙基-3-甲基咪唑鎓，2-二乙氨基-1，3-二乙基咪唑鎓，1，5，6，7-四氫-1，2-二甲基-2H-酰亞胺[1，2a]咪唑鎓，1，5，6，7-四氫-1，2-二甲基-2H-嘧啶并[1，2a]咪唑鎓，1，5-二氫-1，2-二甲基-2H-嘧啶并[1，2a]咪唑鎓，2-二甲氨基-3-氰甲基-1-甲基咪唑鎓，2-二甲氨基-乙酰基-1，3-二甲基咪唑鎓，2-二甲氨基-4-甲基羧甲基-1，3-二甲基咪唑鎓，2-二甲氨基-4-甲氧基-1，3-二甲基咪唑鎓，2-二甲氨基-3-甲氧基甲基-1-甲基咪唑鎓，2-二甲氨基-3-甲酰基甲基-1-甲基咪唑鎓，2-二甲氨基-4-羥甲基-1，3-二甲基咪唑鎓，等；(vii)具有帶4-30個或更多碳原子數的四氫嘧啶鎓骨架的胍鎓2-二甲氨基-1，3，4-三甲基四氫嘧啶鎓，2-二乙氨基-1，3，4-三甲基四氫嘧啶鎓，2-二乙氨基-1，3-二甲基-4-乙基四氫嘧啶鎓，2-二乙氨基-1-甲基-3，4-二乙基四氫嘧啶鎓，2-二甲氨基-1，3-二甲基四氫嘧啶鎓，2-二乙氨基-1，3-二甲基四氫嘧啶鎓，2-二乙氨基-1，3-二乙基四氫嘧啶鎓，1，3，4，6，7，8-六氫-1，2-二甲基-2H-酰亞胺[1，2a]嘧啶鎓，1，3，4，6，7，8-六氫-1，2-二甲基-2H-嘧啶并[1，2a]嘧啶鎓，2，3，4，6-四氫-1，2-二甲基-2H-嘧啶并[1，2a]嘧啶鎓，2-二甲氨基-3-氰甲基-1-甲基四氫嘧啶鎓，2-二甲氨基-4-乙酰基-1，3-二甲基四氫嘧啶鎓，2-二甲氨基-4-甲基羧甲基-1，3-二甲基四氫嘧啶鎓，2-二甲氨基-3-甲基羧甲基-1-甲基四氫嘧啶鎓，2-二甲氨基-3-甲氧基甲基-1-甲基四氫嘧啶鎓，2-二甲氨基-4-甲酰基-1，3-二甲基四氫嘧啶鎓，2-二甲氨基-3-羥乙基-1-甲基-四氫嘧啶鎓，2-二甲氨基-4-羥甲基-1，3-二甲基四氫嘧啶鎓，等；(viii)具有帶4-30個或更多碳原子數的二氫嘧啶鎓的胍鎓2-二甲氨基-1，3，4-三甲基-2，4(6)-二氫嘧啶鎓，2-二乙氨基-1，3，4-三甲基-2，4(6)-二氫嘧啶鎓，2-二甲氨基-1-甲基-3，4-二乙基-2，4(6)-二氫嘧啶鎓，2-二乙氨基-1-甲基-3，4-二乙基-2，4(6)-二氫嘧啶鎓，2-二乙氨基-1，3，4-三乙基-2，4(6)-二氫嘧啶鎓，2-二乙氨基-1，3-二甲基-2，4(6)-二氫嘧啶鎓，2-二乙氨基-1，3-二甲基-2，4(6)-二氫嘧啶鎓，2-二甲氨基-1-乙基-3-甲基-2，4(6)-二氫嘧啶鎓，1，6，7，8-四氫-1，2-二甲基-2H-酰亞胺[1，2a]嘧啶鎓，1，6-二氫-1，2-二甲基-2H-酰亞胺[1，2a]嘧啶鎓，1，6-二氫-1，2-二甲基-2H-嘧啶并[1，2a]嘧啶鎓，2-二甲氨基-4-氰基-1，3-二甲基-2，4(6)-二氫嘧啶鎓，2-二甲氨基-4-乙酰基-1，3-二甲基-2，4(6)-二氫嘧啶鎓，2-二甲氨基-3-乙酰基甲基-1-甲基-2，4(6)-二氫嘧啶鎓，2-二甲氨基-3-甲基羧甲基-1-甲基-2，4(6)-二氫嘧啶鎓，2-二甲氨基-4-甲氧基-1，3-二甲基-2，4(6)-二氫嘧啶鎓，2-二甲氨基-4-甲酰基-1，3-二甲基-2，4(6)-二氫嘧啶鎓，2-二甲氨基-3-甲酰基甲基-1-甲基-2，4(6)-二氫嘧啶鎓，2-二甲氨基-4-羥甲基-1，3-二甲基-2，4(6)-二氫嘧啶鎓，等；(11)氨基醇(氨基數為1，OH數為1-3)帶有2-12個碳原子的烷醇胺，例如單、二或三烷醇胺(例如單乙醇胺、單異丙醇胺、單丁醇胺、三乙醇胺和三丙醇胺)；上述烷醇胺的烷基(碳原子數為1-4)取代產物[N，N-二烷基單烷醇胺(例如N，N-二甲基乙醇胺和N，N-二乙基乙醇胺)和N-烷基二烷醇胺(例如N-甲基二乙醇胺和N-丁基二乙醇胺)]；以及通過諸如二甲基硫酸或芐基氯的四級化試劑(quaternating agent)得到的烷醇胺的氮原子四級化產物；這其中，優選為氨、脂肪胺、脂環族聚胺、雜環聚胺和芳族聚胺，更優選為氨和脂肪胺，特別優選為氨和帶有伯氨基的脂肪胺。
本發明中的水性溶劑表示基本上由水組成的溶劑，可使用溶劑水和包含水與有機溶劑的混合溶劑。待使用的有機溶劑優選為帶有1-3個碳原子的醇(例如甲醇、乙醇和異丙醇)，帶有2-4個碳原子的醚(例如二甲醚和二乙醚)，帶有3-6個碳原子的酮(例如丙酮和甲基異丁基酮)，及其混合物。其中，更優選為帶有1-3個碳原子的醇(例如甲醇、乙醇和異丙醇)。
對于使用有機溶劑的情況，有機溶劑的含量優選占水性溶劑重量的0.0000001-10重量％，更優選為0.00001-3重量％，特別優選為0.001-1重量％。
水性溶劑的含量優選占研磨液重量的50重量％或以上，更優選為52重量％或以上，特別優選為55重量％或以上，最優選為60重量％或以上；同樣優選為99.9％或以下，更優選為99重量％或以下，特別優選為97重量％或以下，最優選為95重量％或以下。
本發明的CMP方法用研磨液即由上述研磨材料、水性溶劑和添加劑以特定量配合而得，根據需要可進一步加入如下物質公知的防銹劑、表面活性劑及其他添加劑(例如螯合劑、pH調節劑、防腐劑和消泡劑)。
待使用的防銹劑是通常用于CMP方法用研磨材料的防銹劑；例如其包含帶2-16個碳原子的脂肪胺或脂環族胺(諸如辛胺的烷基胺；油胺；諸如環己胺的環烷基胺；等)及其氧化乙烯(1-2mol)加合物，烷醇胺(例如單乙醇胺、二乙醇胺和單丙醇胺)及其氧化乙烯(1-2mol)加合物，脂肪族羧酸(例如油酸和硬脂酸)與堿金屬或堿土金屬的鹽；磺酸(例如石油磺酸鹽)；磷酸酯(例如磷酸月桂酯)，硅酸鹽例如硅酸鈣，磷酸鹽例如磷酸鈉、磷酸鉀和多磷酸鈉，硝酸鹽例如硝酸鈉，苯并三唑例如1，2，3-苯并三唑和羧基苯并三唑，等。同樣，可將兩種或多種類型的上述物質結合使用。在加入防銹劑情況下，防銹劑的含量優選占研磨液重量的0.01重量％或以上，更優選為0.05重量％或以上，特別優選為0.1重量％或以上；還優選為5重量％或以下，更優選為3重量％或以下，特別優選為2重量％或以下。
待使用的表面活性劑為非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑和兩性表面活性劑。
陰離子表面活性劑包含脂族醇(碳原子數為8-24)烯化氧(亞烷基中碳原子數為2-8)加合物(聚合度為1-100)，(聚)氧化烯(亞烷基中碳原子數2-8，聚合度＝1-100)高級脂肪酸(碳原子數為8-24)酯[例如聚乙二醇一硬脂酸酯(聚合度＝20)，聚乙二醇二硬脂酸酯(聚合度＝30)]，多元(二元至十元或更高)醇(碳原子數為2-10)脂肪酸(碳原子數8-24)酯[例如甘油基一硬脂酸酯，乙二醇一硬脂酸酯，脫水山梨醇一月桂酸酯和脫水山梨醇二油酸酯]，(聚)氧化烯(亞烷基中碳原子數為2-8，聚合度＝1-100)多元(二元至十元或更高)醇(碳原子數為2-10)高級脂肪酸(碳原子數為8-24)酯[例如聚氧化乙烯(聚合度＝10)脫水山梨醇一月桂酸酯和聚氧化乙烯(聚合度＝50)甲基葡糖苷二油酸酯]，(聚)氧化烯(亞烷基中碳原子數為2-8，聚合度＝1-100)烷基(碳原子數1-22)苯基醚，1∶1型的椰油脂肪酸二乙醇酰胺及烷基(碳原子數8-24)二烷基(碳原子數1-6)氧化胺[例如月桂基二甲基氧化胺]，等。
陰離子表面活性劑包含帶有8-24個碳原子的烴類羧酸或其鹽[例如(聚)氧化乙烯(聚合度＝1-100)月桂基醚乙酸鈉，及(聚)氧化乙烯(聚合度＝1-100)月桂基磺基琥珀酸二鈉]，帶有8-24個碳原子的烴類硫酯鹽[例如月桂基硫酸酯鈉，(聚)氧化乙烯(聚合度＝1-100)月桂基硫酸酯鈉，(聚)氧化乙烯(聚合度＝1-100)三乙醇胺硫酸月桂酯和(聚)氧化乙烯(聚合度＝1-100)椰油脂單乙醇酰胺硫酸鈉]，帶有8-24個碳原子的烴類磺酸鹽[例如十二烷基苯磺酸鈉]，帶有8-24個碳原子的烴類磷酸鹽[例如月桂基磷酸鈉]，其他[例如(聚)氧化乙烯(聚合度＝1-100)月桂酰基乙醇酰胺磺基琥珀酸二鈉，椰油脂甲基牛磺酸鈉，椰油脂肌氨酸鈉，椰油脂肌氨酸三乙醇胺，N-椰油脂酰-L-谷氨酸三乙醇胺，N-椰油脂酰L-谷氨酸鈉，以及月桂酰基甲基-β-丙氨酸鈉]，等。
還可使用諸如丙烯酸和甲基丙烯酸的聚合物(聚合度＝2-200)的堿金屬鹽。
兩性表面活性劑包含甜菜堿型兩性表面活性劑[例如椰油脂酰胺丙基二甲基甜菜堿，月桂基二甲基甜菜堿，2-烷基-N-羧甲基-N-羥乙基咪唑啉鎓甜菜堿，月桂基羥基磺基甜菜堿]，及氨基酸型兩性表面活性劑[例如β-月桂基氨基丙酸鈉]，等。
在加入表面活性劑情況下，表面活性劑含量優選占研磨液重量的0.01重量％或以上，更優選占0.05重量％或以上，特別優選占0.1重量％或以上；還優選為5重量％或以下，更優選為3重量％或以下，特別優選為1重量％或以下。
螯合劑包含聚丙烯酸鈉，乙二胺四乙酸鈉，琥珀酸鈉，1-羥基乙烷-1，1-二膦酸鈉，等。
pH調節劑包含諸如乙酸、硼酸、檸檬酸、草酸、磷酸和鹽酸的酸；諸如氫氧化鈉和氫氧化鉀的堿；等。
防腐劑包含烷基二氨乙基甘油鹽酸鹽，等。
消泡劑包含有機硅消泡劑，長鏈醇消泡劑，脂肪酸酯消泡劑，聚氧化烯消泡劑，金屬皂消泡劑，等。
在加入上述其他添加劑(例如螯合劑、pH調節劑、防腐劑和消泡劑)的情況下，上述添加劑的含量優選占研磨液重量的0.001重量％或以上，更優選占0.05重量％或以上，特別優選占0.01重量％或以上；還優選為10重量％或以下，更優選為5重量％或以下，特別優選為2重量％或以下。
本發明的CMP方法用研磨液的制造方法優選為將各原料進行配合。除使用常規攪拌器外，還可使用分散器(例如勻化器，超聲分散器，球磨機和珠磨機)，制造溫度和時間并無限制；然而，制造時的溫度優選為5℃或以上及40℃或以下。
本發明的CMP方法用研磨液的使用方法是，將液體儲存于漿料槽內，并采用計量泵由該漿料槽供給至磨頭附近，通常按每分鐘50-500ml使用。常規的聚氨酯泡沫可用于研磨墊。公知設備和條件可適用于研磨裝置和研磨條件。
研磨之后，CMP方法用研磨液可再循環，在此情況下通過過濾方法等可對其精制。
(研磨方法)本發明研磨方法是采用CMP方法用研磨液研磨器件晶片的方法，所述研磨液包含研磨材料、水性溶劑和添加劑，并含有占研磨液重量的至少15重量％、粒徑為20-80nm的研磨材料粒子；同樣優選所述研磨材料粒子占研磨液重量的至多80重量％，更優選占至多60重量％。該研磨方法優選為包含如下步驟的研磨方法，即研磨條件改變的兩階段或更多階段研磨步驟，所述方法可在任一階段采用本發明的CMP方法用研磨液。
此處，步驟中某一階段條件的改變表示變換至下一步驟，在每一階段旋轉設備并不總需要停下來。第二階段及進一步階段包括條件明確改變的情況從而在第一階段完成之后執行第二階段及進一步的階段，以及包括條件連續改變的情況。研磨方法優選包含兩至三個階段，更優選為兩個階段。條件的連續改變表示多階段情況。采用本發明的CMP方法用研磨劑的研磨步驟并不特別指定所處階段，優選是在第一階段。
所述研磨方法在第一階段和第二階段及進一步階段中并無特別限制，所述方法優選在如下條件中的一個或兩個或更多個條件下實施(1)改變第一階段和第二階段及進一步階段所用研磨材料的材質(2)第一階段的研磨液被稀釋1.1-100倍后的研磨液用作第二階段及進一步階段中的研磨液(3)使第一階段所用研磨材料的平均粒徑(r1)與第二階段及進一步階段中所用研磨材料的平均粒徑(r2)之比[(r1)/(r2)]為0.1-10.0(4)使施加于第一階段研磨時的半導體襯底(substrate)上的壓力(p1)與施加于第二階段及進一步階段研磨時的半導體襯底上的壓力(p2)之比[(p1)/(p2)]為0.3-5.0(5)使第一階段研磨時的平臺(surface plate)的旋轉速度(t1)與第二階段及進一步階段研磨時的平臺的轉數(t2)之比[(t1)/(t2)]為0.2-2.0。
在情況(1)下，研磨材料的材質如上所述，其中可選擇任意的兩種或更多種類型的研磨材料。優選在任一階段使用膠態二氧化硅，更優選在第一階段使用膠態二氧化硅。在這種情況下，在第二及進一步階段中使用的研磨材料優選為除了膠態二氧化硅之外的二氧化硅或無機粉末。第一階段和第二及進一步階段之間使用不同的研磨材料，可有效得到被研磨物質的無瑕疵表面，另外可有效得到具有極優越洗凈效率的被研磨物質表面。
在情況(2)下，更優選的研磨液使用方法為，使第一階段的研磨液稀釋1.1-80倍而用作第二階段及進一步階段中的研磨液，特別優選為稀釋1.1-50倍，最優選為稀釋1.1-10倍。將第一階段所用研磨液稀釋1.1-100倍作為第二階段及進一步階段中使用的研磨液的研磨液使用方法，這可有效得到被研磨物質的無瑕疵表面，另外可有效得到具有極優越洗凈效率的被研磨物質表面。
在情況(3)下，[(r1)]/[(r2)]更優選為0.2-80，特別優選為0.3-60，最優選為0.5-40。[(r1)]/[(r2)]處于0.1-10.0的范圍可有效得到被研磨物質的無瑕疵表面，另外可有效得到具有極優越洗凈效率的被研磨物質表面。
在情況(4)下，[(p1)]/[(p2)]更優選為0.35-4.5，特別優選為0.4-4.0，[(p1)]/[(p2)]值可通過在對研磨墊加壓中調節壓力而實現。第一階段的研磨壓力并無限制，優選為60kPa或以下，該范圍的壓力可得到無瑕疵襯底。[(p1)]/[(p2)]處于0.3-5.0的范圍可有效得到被研磨物質的無瑕疵表面，另外可有效得到具有極優越洗凈效率的被研磨物質表面。
此處，待使用的研磨裝置可包含帶有平臺的普通研磨裝置，所述平臺上貼有用于保持半導體襯底的載體和研磨墊，對加壓方法無特別限制，包含利用載體自重的方法，以空氣加壓的方法，等等。
在情況(5)下，[(t1)]/[(t2)]優選為0.3-1.8，更優選為0.4-1.5，[(t1)]/[(t2)]值可通過調節平臺的旋轉速度而實現。[(p1)]/[(p2)]處于0.2-2.0的范圍可有效得到被研磨物質的無瑕疵表面，另外可有效得到具有極優越洗凈效率的被研磨物質表面。
對于本發明的研磨方法，在第二階段及進一步階段研磨時，對待研磨及除去的襯底的厚度無特別限制，優選為30-200mm，更優選為40-160mm，特別優選為50-120mm。處于該范圍的厚度可使在器件制造中以實用速率得到無瑕疵的被研磨表面。
另外，對于本發明的研磨方法，采用具有同心凹槽或螺旋凹槽的研磨墊，可產生出使晶片外周部同樣均一地保持穩定的研磨特性。
另外，對于本發明的研磨方法，通過進行研磨墊整理同時進行10％或更多時間的研磨，優選進行20％或更多時間的研磨，特別優選為35％或以上時間，可穩定產生優越的平坦化特性。對研磨墊整理器(padconditioner)的形狀、粒徑和固定金剛石的形式并無特別限制，例如，可將CMP-MC100A(ASAHI DIAMOND INDUSTRIAL CO.，LTD.制造)用作研磨墊整理器。
另外，對于本發明的研磨方法，在將本發明的CMP方法用研磨液滴加入研磨墊中時，通過在研磨的同時將磨頭相對于研磨液滴落位置置于研磨臺的旋轉方向一側，并將研磨液的滴落位置相對于研磨墊整理器置于研磨臺的旋轉方向一側，并且相對于磨頭中心進一步接近研磨墊中心，可穩定產生優越的平坦化特性。
本發明的發明人發現，上述研磨材料和添加劑的質和量與研磨特性極大相關，所述研磨特性即在對表面形成有圖案的器件晶片進行研磨時，僅選擇性地研磨凸部，而對處于不同水平處的凹部則不研磨的特性(平坦化特性)。
根據本發明，研磨后晶片上不再留有無數的瑕疵，通過添加劑防止了研磨材料的凝集，另外研磨后可容易地實施洗凈，從而可顯著改進器件晶片的合格品率。
(研磨材料)本發明的CMP方法用研磨液和研磨方法適合于上面至少形成有氧化硅膜的器件晶片表面的平坦化加工。最適合于包含半導體工業中的層間絕緣膜或元件分離膜、磁頭和液晶顯示器用襯底的半導體器件表面的平坦化加工。
采用本發明的CMP方法用研磨液進行研磨的層間絕緣膜和元件分離膜，其具有優越的表面平坦性并且便利了配線的多層化。同樣，含有上述層間絕緣膜和元件分離膜或磁頭的半導體器件具有出色的電特性性能。
具體實施方案下文通過實施例進一步描述本發明，但本發明并不限于此。下文中，份和％分別表示重量份和重量％。
制造例1使1,000g 0.1％硅酸鈉水溶液穿過1,000g陽離子交換樹脂(DIAION SKIB；由MITSUBISHI CHEMICAL CORPORATION制造)柱，此后在50℃溫度攪拌3小時得到二氧化硅溶膠，將其冷卻至室溫，隨后通過35℃下真空脫水和濃縮得到二氧化硅濃度為30％的漿料(1)。
制造例2將360ml甲苯、10.8g脫水山梨醇一油酸酯、120ml離子交換水和1ml乙酸裝入帶有1L攪拌器的玻璃反應容器中，并在50℃溫度下劇烈攪拌10分鐘從而實現乳化。將140ml四乙氧基硅烷一次投入容器中，并在50℃溫度下反應3小時而得到二氧化硅溶膠。將二氧化硅溶膠冷卻至室溫后，以濾紙(No.2)對其過濾，各以1L的甲醇和離子交換水按此順序洗凈濾紙上的二氧化硅溶膠，隨后將其分散入離子交換水中，得到二氧化硅濃度為30％的漿料(2)。
制造例3與制造例1類似，使1,000g 0.1％的硅酸鈉水溶液穿過1,000g陽離子交換樹脂(DIAION SKIB；由MITSUBISHI CHEMICALCORPORATION制造)柱，此后在65℃溫度攪拌5小時得到二氧化硅溶膠，將其冷卻至室溫，隨后通過與制造例1中相同方式的脫水和濃縮得到二氧化硅濃度為30％的漿料(3)。
實施例1(研磨液A)將1,000g漿料(1)和13.4g 30％氨水投入行星混合器中，并攪拌15分鐘，得到CMP方法用研磨液A。
實施例2(研磨液B)將1,000g漿料(2)和33.5g 30％氨水投入行星混合器中，并攪拌15分鐘，得到CMP方法用研磨液B。
實施例3(研磨液C)
將1,000g漿料(1)和40.0g己撐二胺投入行星混合器中，并攪拌15分鐘，得到CMP方法用研磨液C。
比較例1(研磨液D)將1,000g漿料(3)和33.5g的30％氨水投入行星混合器中，并攪拌15分鐘，得到CMP方法用研磨液D。
比較例2(研磨液E)將1,000g漿料(1)和4.0g氫氧化鉀投入行星混合器中，并攪拌15分鐘，得到CMP方法用研磨液E。
比較例3(研磨液F)將CMP方法用市售研磨液’SS-25’(由CABOTMICROELECTRONIC COR.制造)當作CMP方法用研磨液F。
比較例4(研磨液G)將碳酸鈰水合物在空氣中燒結，并采用噴射式磨機進行干式粉碎，得到氧化鈰，采用行星混合器將氧化鈰分散入水中，制得CMP方法用研磨液G，其具有濃度為1重量％的研磨材料。
比較例5(研磨液H)將氫氧化鋁在電爐中熔融，采用行星混合器將所得氧化鋁分散入水中。隨后，將相對于氧化鋁重量百分比為1％的聚丙烯酸銨(重量平均分子量30,000)加入至該流體分散體中，制得CMP方法用研磨液H，其具有濃度為5重量％的研磨材料。
<評測1以粒徑作參數的研磨材料濃度的測量>
對所制CMP方法用研磨液A-H，采用粒度分布測量裝置CHDF-2000，測量中心粒徑及研磨液中處于諸如20-80nm、30-70nm和40-60nm的粒徑范圍的研磨材料濃度(重量％)。結果示于表1中。
表1
<評測2平坦化特性1>
根據如下研磨條件實施具有凸凹表面的圖案化晶片的研磨試驗將采用CMP方法用研磨液A-C的情況分別視為實施例4-6，將采用CMP用研磨液D-F的情況分別視為比較例6-8。將圖案化晶片SKW7-2(由SKW INC COR.制造)用作待研磨的物質。采用單面研磨機MAT-ARW 681(由MATEC APPLIED SCIENCES COR.制造)實施研磨。
研磨條件1于第一階段實施研磨，研磨條件為，例如研磨中的磨頭壓力為40kPa，磨頭旋轉速度為58rpm，研磨平臺旋轉速度為60rpm，研磨液流速200ml/min，研磨時間1min，隨后采用研磨液實施第二階段的研磨，采用的方法為用離子交換水將第一階段研磨中所用研磨液稀釋1.5倍，第二階段研磨條件為，例如研磨中的磨頭壓力為50kPa，磨頭旋轉速度95rpm，研磨平臺旋轉速度100rpm，研磨液流速200ml/min，研磨時間15秒。
于實施上述研磨的同時，將磨頭相對于研磨液滴落位置置于研磨臺的旋轉方向一側，并將研磨液的滴落位置相對于研磨墊整理器置于研磨臺的旋轉方向一側，并且相對于磨頭中心進一步接近研磨墊中心。
將具有同心凹槽的IC1000(050)K Groove/Suba 400(由RODELCOR.制造)用于研磨墊。
同樣，在20kPa壓力及20rpm旋轉速度進行研磨的同時，實施對研磨墊的整理。將CMP-MC100A(由ASAHI DIAMOND INDUSTRIALCO.LTD.制造)用于研磨墊整理器。
<評測2平坦化特性2>
隨后，在如下研磨條件2-5下，采用CMP方法用研磨液對圖案化晶片SKW7-2(SKW INC COR.生產)進行研磨，分別將其視為實施例7-10。
研磨條件2將與研磨條件1完全相同的研磨條件作為研磨條件2，不同之處在于以CMP方法用研磨液G替換從而使第一階段中所用的研磨液被稀釋的第二階段研磨中的研磨液。
研磨條件3將與研磨條件1完全相同的研磨條件作為研磨條件3，不同之處在于以CMP方法用研磨液D替換從而使第一階段中所用的研磨液被稀釋的第二階段研磨中的研磨液。
研磨條件4將與研磨條件1完全相同的研磨條件作為研磨條件4，不同之處在于以80kPa代替第二階段研磨時50kPa的磨頭壓力。
研磨條件5以與研磨條件1完全相同的研磨條件作為研磨條件5，不同之處在于以120rpm代替第二階段研磨時100rpm的臺轉數。
類似地，按如下研磨條件6-13，采用CMP方法用研磨液A對圖案化晶片SKW 7-2(由SKW INC COR.制造)進行研磨，并將其分別視為比較例9-16。
研磨條件6以與研磨條件1完全相同的研磨條件作為研磨條件6，不同之處在于不進行第二階段的研磨。
研磨條件7以與研磨條件1完全相同的研磨條件作為研磨條件7，不同之處在于以CMP方法用研磨液H替換從而使第一階段中所用研磨液被稀釋的第二階段研磨中的研磨液。
研磨條件8以與研磨條件1完全相同的研磨條件作為研磨條件8，不同之處在于以150kPa替換第二階段研磨中的磨頭壓力50kPa。
研磨條件9以與研磨條件1完全相同的研磨條件作為研磨條件9，不同之處在于以20rpm替換第二階段研磨中的臺轉數100rpm。
研磨條件10以與研磨條件1完全相同的研磨條件作為研磨條件10，不同之處在于將漿料的滴落位置置于磨頭中心的外側。
研磨條件11以與研磨條件1完全相同的研磨條件作為研磨條件11，不同之處在于倒置磨頭位置及整理器和滴落位置。
研磨條件12將與研磨條件1完全相同的研磨條件作為研磨條件12，不同之處在于以IC1000(050)Perforate/Suba 400替換研磨墊。
研磨條件13以與研磨條件1完全相同的研磨條件作為研磨條件13，不同之處在于研磨過程中不進行研磨墊整理。
將評測2中研磨的所有圖案化晶片在0.5％氫氟酸水溶液和超純水中以PVA刷充分洗凈，隨后采用旋轉式脫水機抖落粘附至半導體襯底的水滴同時使其干燥，采用光干涉式膜厚測量器(NanoSpec/AFT6100A，由NANOMETRICS JAPAN LTD.制造)，在存在于晶片中心、6時位置的1/2半徑處、9時位置的1/2半徑處、12時位置的1/2位置處和3時位置的邊緣處的共5個芯片(die)中，將凸部和凹部的線寬比為諸如10∶90、30∶70、40∶60、50∶50、60∶40、70∶30和90∶10的七個點處的凸部與凹部作測量點，計算具有最大膜厚度的凸部與具有最小膜厚度的凹部之間的膜厚差的平均值，作為晶片的殘存水平差異。將通過如下標準確定的結果示于表2中。
◎低于2000○2000或以上及低于3000△3000或以上及低于5000×5000或以上<評測3殘存研磨材料凝集物數及瑕疵數>
同樣，通過采用Surfscan AIT1和Review SEM eV300(均由KLA-TENCOR LTD.制造)進行研磨，對評測2中研磨的所有圖案化晶片均觀察晶片上的殘存研磨材料數和瑕疵數。計算晶片上存在的0.2μm或以上的殘存研磨材料凝集物數及瑕疵數，將按如下標準確定的結果示于表2中。
◎低于10個○10個或以上及小于20個△20個或以上及小于30個×30個或以上
從表2所示結果可以理解，采用本發明的研磨方法帶來優越的研磨性能(平坦化性能)及優越的晶片表面光潔度，所述晶片表面上具有較少的殘存研磨材料聚集物和瑕疵。
工業實用性與通常使用的CMP方法用研磨液相比，本發明的CMP方法用研磨液有效產生顯著優越的研磨性能(例如平坦化性能，低瑕疵特性和高洗凈特性)。同樣，采用本發明的研磨方法可有效獲得帶有無瑕疵晶片表面、具有優越光潔度的被研磨物質。
因此，CMP方法用研磨液和研磨方法適用于至少形成有氧化硅膜的器件晶片表面的平坦化加工，最適合于半導體工業中包含層間絕緣膜或元件分離膜、磁頭和液晶顯示器用襯底的半導體器件表面的平坦化加工。
權利要求
1.CMP方法用研磨液，其包含研磨材料；水性溶劑；和添加劑；并含有基于研磨液重量為至少15重量％的粒徑為20-80nm的研磨材料粒子。
2.根據權利要求1的CMP方法用研磨液，其中所述添加劑是25℃溫度下的pKa為7-11的堿性物質。
3.根據權利要求1的CMP方法用研磨液，其中所述添加劑是帶有伯氨基的脂肪胺和/或氨。
4.根據權利要求1的CMP方法用研磨液，其中所述添加劑含量基于研磨液重量為至少0.01重量％。
5.根據權利要求1的CMP方法用研磨液，其中所述研磨材料是一種或兩種或更多種選自以下組中的無機物二氧化硅、氧化鋁、氧化鈰、氮化硅和氧化鋯。
6.根據權利要求1的CMP方法用研磨液，其中所述研磨材料為膠態二氧化硅。
7.采用CMP方法用研磨液研磨器件晶片的研磨方法，所述CMP方法用研磨液包含研磨材料、水性溶劑和添加劑，并含有基于研磨液重量為至少15重量％的粒徑為20-80nm的研磨材料粒子。
8.根據權利要求7的研磨方法，其中所述器件晶片的待研磨表面由至少含有氧化硅的膜形成。
9.器件晶片的研磨方法，其包含研磨條件改變的兩階段或更多階段的研磨步驟；其中在任一階段采用權利要求7的研磨方法。
10.根據權利要求9的研磨方法，其中第二階段及進一步階段中的研磨步驟在如下條件中的一個或兩個或更多個條件下實施(1)改變第一階段和第二階段及進一步階段所用研磨材料的種類；(2)第一階段的研磨液被稀釋1.1-100倍后的研磨液用作第二階段及進一步階段中的研磨液；(3)使第一階段所用研磨材料的平均粒徑(r1)與第二階段及進一步階段中所用研磨材料的平均粒徑(r2)之比[(r1)]/[(r2)]為0.1-10.0；(4)使施加于第一階段研磨時的半導體襯底上的壓力(p1)與施加于第二階段及進一步階段研磨時的半導體襯底上的壓力(p2)之比[(p1)]/[(p2)]為0.3-5.0；和(5)使第一階段研磨時的平臺的旋轉速度(t1)與第二階段及進一步階段研磨時的平臺的轉數(t2)之比[(t1)]/[(t2)]為0.2-2.0。
11.根據權利要求7的研磨方法，其中采用帶有同心凹槽或螺旋凹槽的研磨墊。
12.根據權利要求7的研磨方法，其中在研磨時間的至少10％的時間與研磨同時進行研磨墊整理。
13.根據權利要求7的研磨方法，其中在將CMP方法用研磨液滴入研磨墊中時，在研磨的同時將磨頭相對于研磨液滴落位置置于研磨臺的旋轉方向一側，并將研磨液的滴落位置相對于研磨墊整理器置于研磨臺的旋轉方向一側，并且相對于磨頭中心進一步接近研磨墊中心。
14.采用權利要求1的CMP方法用研磨液進行研磨得到的層間絕緣膜或元件分離膜。
15.含有權利要求14的層間絕緣膜或元件分離膜的半導體器件。
16.采用權利要求1的CMP方法用研磨液進行研磨得到的磁頭或液晶顯示器用襯底。
全文摘要
本發明公開了CMP方法用研磨液，其特征在于包含研磨材料、水性溶劑和添加劑，并含有基于研磨液重量的至少15重量％的粒徑為20－80nm的研磨材料粒子；采用上述研磨液進行研磨的研磨方法適用于至少形成有氧化硅膜的器件晶片表面的平坦化加工，并能有效地穩定表現出優越的研磨特性，例如平坦化特性、低瑕疵特性和高洗凈特性，最適用的是半導體工業中包含層間絕緣膜或元件分離膜、磁頭和液晶顯示器用襯底的半導體器件表面的平坦化加工。
文檔編號H01L21/02GK1784770SQ200480012569
公開日2006年6月7日 申請日期2004年5月7日 優先權日2003年5月9日
發明者中野智治, 中島史博, 宮崎忠一, 鄧肯·布朗, 馬修·D·希利 申請人:三洋化成工業株式會社, 高級技術材料公司