[發明專利]研磨劑及半導體集成電路裝置的制造方法

無效

• 申請號: 200680022823.8
• 申請日: 2006-05-12
• 公開（公告）號: CN101208781A
• 公開（公告）日: 2008-06-25
• 發明（設計）人: 竹宮聰
• 申請（專利權）人: 旭硝子株式會社;AGC清美化學股份有限公司
• 主分類號: H01L21/304
• 分類號: H01L21/304;B24B37/00;C09K3/14
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司
• 代理人: 沙永生

技術領域

本發明涉及半導體裝置制造工序中所用的化學機械研磨用研磨劑及半導體集成電路裝置的制造方法。更具體涉及適合于例如作為配線材料使用了銅金屬、作為阻擋層材料使用了鉭系金屬的埋入金屬配線的形成的化學機械研磨用研磨劑及使用了該研磨劑的半導體集成電路裝置的制造方法。

背景技術

近年，隨著半導體集成電路的高集成化和高性能化，希望開發出實現微細化和高密度化的微細加工技術。半導體裝置制造工序，特別是多層配線形成工序中，層間絕緣膜和埋入配線的平坦化技術很重要。即，隨著通過半導體制造工序的微細化和高密度化而實現的配線多層化，出現各層的表面的凹凸易變大、其階差超過光刻技術的焦點深度等問題。為了防止該問題，多層配線形成工序的高度平坦化技術變得很重要。

作為配線材料，銅因為電阻率低于以往使用的鋁合金、電遷移耐性良好而受到注目。銅的氯化物氣體的蒸氣壓低，利用以往使用的反應性離子蝕刻法(RIE：Reactive?Ion?Etching)很難進行形成配線形狀的加工，因此采用金屬鑲嵌法(Damascene)進行配線的形成。該方法的描述如下。首先，在絕緣層形成配線用溝槽布圖或通孔等凹部后形成阻擋層，然后利用濺射法或鍍覆法等成膜，將銅埋入溝槽部。接著，通過化學機械研磨法(CMP：Chemical?MechanicalPolishing，以下稱為CMP)除去多余的銅和阻擋層直至凹部以外的絕緣層表面露出，再將表面平坦化，形成埋入金屬配線。近年，象上述那樣同時形成在凹部埋入了銅而成的銅配線和通孔部的雙嵌入法(Dual?Damascene)成為了主流。

該銅埋入配線形成中，為了防止銅在絕緣層中擴散，阻擋層由鉭、鉭合金或氮化鉭等鉭化合物形成。因此，在埋入銅的配線部分以外，必須要通過CMP除去露出的阻擋層。但是，由于阻擋層的硬度與銅相比非常高，因此大多數情況下無法獲得足夠的研磨速度。因此，如圖1所示，提出了由除去多余的金屬配線層的第1研磨步驟和除去多余的阻擋層的第2研磨步驟形成的2段的研磨法。

圖1是表示利用CMP形成埋入配線的方法的截面圖，(a)表示研磨前，(b)表示除去多余的金屬配線層4的第1研磨步驟結束后，(c)表示除去多余的阻擋層3的第2研磨步驟的過程中，(d)表示該第2研磨步驟結束后。絕緣層采用低介電常數材料時，有時會在絕緣層和阻擋層之間由二氧化硅等絕緣材料形成覆蓋層。(a)～(d)例示了存在覆蓋層的情況。絕緣層不是二氧化硅層這樣的低介電常數膜時，可不設置覆蓋層。

首先，如圖1(a)所示，在絕緣層2形成溝槽。它是用于在基板1上形成埋入配線6的溝槽。在其上形成覆蓋層5、阻擋層3及金屬配線層4，在第1研磨步驟中，除去金屬配線層4的多余的部分。然后，在第2研磨步驟中，除去阻擋層3的多余的部分。通常在第1研磨步驟結束后，產生被稱為洼曲(dishing)7的金屬配線層的損耗。因此，必須在第2研磨步驟中，如(c)所示，在完全除去多余的阻擋層部分，再除去覆蓋層5的同時，根據需要切削絕緣層，使殘留的洼曲7如(d)所示，與金屬配線層處于同一平面，實現高度的平坦化。

覆蓋層5并不需要全部除去，但由于殘留介電常數高的覆蓋層會導致絕緣層整體的介電常數提高，因此一般研磨除去了覆蓋層的裝置的特性更佳。(d)中圖示完全除去覆蓋層實現了平坦化的情況。

在該平坦化的過程中，使用了以往的研磨劑的CMP存在銅的埋入配線6的洼曲和磨蝕(erosion)變得更嚴重的問題。這里，洼曲如圖1(c)和圖2的符號7所示是指金屬配線層4被過度研磨而導致中央部洼陷的狀態，這種現象在較寬的配線部易發生。磨蝕易發生于細配線部或密集的配線部，如圖2所示，它是與無布線圖案的絕緣層部分(整體(global)部分)相比，配線部的絕緣層2被過度研磨，絕緣層2部分變薄的現象。即，表示產生與整體部分的研磨部分9相比被過度研磨的磨蝕部分8，圖2中，省略了阻擋層3。

使用了以往的研磨劑時，由于阻擋層3的研磨速度比金屬配線層4的研磨速度慢，所以在除去阻擋層3的過程中，配線部的銅被過度研磨，產生大洼曲。此外，與配線密度低的部分相比，施加于高密度配線部的阻擋層3及其下的絕緣層2的研磨壓力相對提高，因此在第2研磨步驟中的研磨實施程度因配線密度而有很大差異。其結果是，高密度配線部的絕緣層2被過度研磨，產生大磨蝕。如果產生洼曲或磨蝕，則易引發配線電阻的增加及電遷移，出現裝置的可靠性下降的問題。