[發(fā)明專利]CMP用研磨液及研磨方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680037661.5
• 申請日: 2006-10-10
• 公開（公告）號: CN101283441A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發(fā)明（設計）人: 筱田隆;野部茂;櫻田剛史;大森義和;木村忠廣
• 申請（專利權）人: 日立化成工業(yè)株式會社
• 主分類號: H01L21/304
• 分類號: H01L21/304;B24B37/00;C09K3/14
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司
• 代理人: 鐘晶

技術領域

本發(fā)明涉及一種在半導體元件的配線形成工序等研磨中所使用的CMP(Chemical?Mechanical?Polishing)研磨液以及研磨方法。

背景技術

近年來，隨著半導體集成電路(以下記作LSI)的高集成化、高性能化而開發(fā)出一些新的微細加工技術。化學機械研磨(以下記作CMP。)法也是其中之一，此項技術在LSI制造工序中、特別是在多層配線形成工序中的層間絕緣膜的平坦化、金屬插塞(plug)形成、埋入式配線形成中頻繁使用。此項技術例如公開在美國專利第4944836號公報中。

最近，為了使LSI高性能化，人們嘗試著使用銅和銅合金作為成為配線材料的導電性物質。但在銅或銅合金中難以利用在以往的鋁合金配線形成中頻繁使用進行微細加工的干式蝕刻法。因此，主要采用所謂的鑲嵌(damascene)法，即在預先形成有溝槽的絕緣膜上堆積銅或銅合金的薄膜進行埋入，之后利用CMP除去溝槽以外的上述薄膜，形成埋入式配線。此項技術例如公開在日本專利第1969537號公報中。

研磨銅或銅合金等配線部用金屬的金屬CMP的一般方法，是在圓形的研磨盤(platen)上貼附研磨墊(pad)，一邊用金屬用研磨液浸漬研磨墊表面，一邊將基板形成有金屬膜的面壓在研磨墊表面，從研磨墊的背面向金屬膜施加規(guī)定的壓力(以下記作研磨壓力)，在此狀態(tài)下轉動研磨盤。由此，利用研磨液與金屬膜的凸部間的相對機械摩擦除去凸部的金屬膜。

用于CMP的漿狀金屬用研磨液一般由氧化劑和磨粒組成，根據(jù)需要還可以添加氧化金屬溶解劑、保護膜形成劑。認為其基本機制是：首先利用氧化劑將金屬膜表面氧化，再利用磨粒磨去該氧化層。因凹部的金屬表面的氧化層不太接觸研磨墊，不會產生利用磨粒磨去氧化層的效果，所以，在進行CMP的同時，去除凸部的金屬層而使基板表面平坦化。關于其詳細內容公開在《電化學會志》(Journal?of?Electrochemical?Society)第138卷11號(1991年發(fā)行)3460～3464頁上。

作為提高CMP研磨速度的方法，添加氧化金屬溶解劑是有效的。其原因是由于：使被磨粒磨去的金屬氧化物顆粒溶解在研磨液中(以下記作蝕刻。)，因而提高了磨粒的磨去效果。雖然通過配合氧化金屬溶解液提高了CMP的研磨速度，但是另一方面，一旦凹部的金屬膜表面的氧化層也被蝕刻而使金屬膜表面露出，則金屬膜表面就會被氧化劑進一步氧化。若上述情況反復發(fā)生，就會使凹部的金屬膜發(fā)生蝕刻。因此，研磨后埋入的金屬配線的表面中央部發(fā)生像盤子一樣洼陷的現(xiàn)象(以下記作“碟陷”)，損害平坦化效果。

為了防止上述現(xiàn)象發(fā)生，再配合保護膜形成劑。保護膜形成劑在金屬膜表面的氧化層上形成保護膜，防止氧化層向研磨液中溶解。希望該保護膜可通過磨粒容易地磨去，而不使CMP的研磨速度降低。

為了抑制銅或銅合金的碟陷和研磨中的腐蝕而形成可靠性高的LSI配線，提倡使用含有氧化金屬溶解劑以及作為保護膜形成劑的BTA的CMP研磨液的方法，其中氧化金屬溶解劑包括甘氨酸等氨基乙酸或酰胺基硫酸。該技術例如記載在日本專利第3397501號公報中。

另一方面，在銅或銅合金等配線部用金屬的下層形成有例如鉭、鉭合金、氮化鉭等鉭化合物等的層，作為用于防止銅向層間絕緣膜中擴散和提高密合性的阻擋導體層(以下也稱作阻擋層)。所以，除了埋入銅或銅合金的配線部以外，露出的阻擋層必須通過CMP去除。但是，由于這些阻擋層的導體與銅或銅合金相比硬度要高，即使將銅或銅合金用研磨材料組合使用也得不到足夠的研磨速度，且平坦性常常變差。因此，研究包括研磨配線部用金屬的第1工序和研磨阻擋層的第2工序的2段式研磨方法。

在研磨阻擋層的第2研磨工序中，為了提高平坦性，層間絕緣膜也必須加以研磨。雖然層間絕緣膜的主流為氧化硅膜，但近年來為了使LSI高性能化，人們嘗試著使用比氧化硅膜的介電常數(shù)還低的硅系材料或有機聚合物。

發(fā)明內容

在研磨阻擋層的第2研磨工序后，基板上的尤其是配線寬0.5μm以下、配線間的間隔約5.0μm以上的所謂獨立的銅的微細配線中，容易發(fā)生其前端部的腐蝕及阻擋導體與銅的界面部的腐蝕或輕度高低差(凹槽)。因此，在微細配線的形成是必不可少的、要求高可靠性的高精能半導體元件制造中，上述情況會成為斷線、產率、可靠性下降等的狀況不佳的原因。認為該腐蝕的原因在于阻擋導體與銅的異種金屬接觸腐蝕。若阻擋導體與銅的電位差變大到某一程度，則電子和銅離子從阻擋導體與銅的界面部附近的銅表面溶出到研磨液中，有時會發(fā)生腐蝕。