[發明專利]金屬用研磨液及研磨方法

有效

• 申請號: 200810186929.2
• 申請日: 1999-08-31
• 公開（公告）號: CN101440259A
• 公開（公告）日: 2009-05-27
• 發明（設計）人: 內田剛;星野鐵哉;上方康雄;寺崎裕樹;松澤純;本間喜夫;近藤誠一
• 申請（專利權）人: 日立化成工業株式會社;株式會社日立制作所
• 主分類號: C09G1/18
• 分類號: C09G1/18;C23F3/00;C23F3/06;H01L21/321
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司
• 代理人: 鐘 晶

本申請是國際申請號為PCT/JP99/04694，國家申請號為：99812776.0， 申請日為1999年8月31日，發明創造名稱為：金屬用研磨液及研磨方 法的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明是關于在半導體裝置的配線形成過程中的研磨中，特別適 合使用的金屬用研磨液及研磨方法。

背景技術

近年來，伴隨半導體集成電路(以下，稱為LSI)的高集成化、 高性能化，正在開發新的微細加工技術。化學機械研磨(以下，稱為 CMP)法也是其中的一種，是在LSI制造過程，特別是在多層配線形 成過程中的層間絕緣膜的平坦化、金屬插頭形成、埋入配線形成中頻 繁使用的技術。該技術，例如在美國專利第4944836號公報中已公開。

另外，最近為了使LSI高性能化，正嘗試利用銅合金作為配線材 料。但是，銅合金難以利用在以往的鋁合金配線的形成中頻繁使用的 干腐蝕法進行微細加工。因此，主要采用在預先形成溝的絕緣膜上堆 積銅合金薄膜而埋入，利用CMP去除溝部以外的銅合金薄膜，形成埋 入配線的所謂大馬士革波形花紋(damascen)法.該技術例如在特開 平2-278822號公報中已公開。

金屬的CMP的一般方法是在圓形的研磨底盤(壓磨板)上固定研 磨墊，用金屬用研磨液浸漬研磨墊，壓緊形成基體的金屬膜的面，從 其里面以施加規定的壓力(以下，稱為研磨壓力)的狀態使研磨底盤 旋轉，利用研磨液和金屬膜的凸部的機械摩擦，去除凸部的金屬膜的 方法。

在CMP中使用的金屬用研磨液，一般由氧化劑和固體磨粒組成， 根據需要，還可以添加氧化金屬溶解劑、保護膜形成劑。被認為首先 通過氧化使金屬膜表面氧化，利用固體磨粒磨去該氧化層的基本機 制。凹部的金屬表面的氧化層不太接觸研磨墊，達不到利用固體磨粒 磨去的效果，因此隨著CMP的進行，去除凸部的金屬層，使基體表面 平坦化。關于該詳細情況，在Journal?of?eletrochemical?society 雜志第138卷11號(1991年發行)的3460～3464頁已描述過。

如果利用固體磨粒磨去的金屬氧化物的顆粒通過氧化金屬溶解 劑溶解于研磨液中。就增加利用固體磨粒磨去的效果。但是，凹部的 金屬膜表面的氧化層也溶解(以下，稱為腐蝕)，金屬膜表面露出時， 由于氧化劑使金屬膜表面進一步氧化，并且其反復進行時，也進行了 凹部的金屬膜的腐蝕，因此就有平坦化效果受損的擔心。為了防止平 坦化效果受到損害，再添加保護膜形成劑。達到氧化金屬溶解劑和保 護膜形成劑的效果平衡是非常重要的，希望金屬膜表面的氧化層不太 被腐蝕、磨去的氧化層的顆粒效率良好地被溶解、利用CMP的研磨速 度大。

像這樣，通過添加氧化金屬溶解劑和保護膜形成劑來增加化學反 應的效果，在提高CMP速度(即由CMP產生的研磨速度)的同時，也 得到減低由CMP引起的金屬層表面的損傷的效果。

但是，在使用含有以往的固體磨粒的金屬用研磨液，進行利用CMP 的埋入配線形成時，產生以下的問題：(1)埋入的金屬配線的表面 中央部分發生各向相同的腐蝕，發生像盤子樣的洼下現象(以下稱為 洼曲)；(2)發生來自固體磨粒的研磨傷(擦傷)；(3)用于去除 殘留在研磨后的基體表面的固體磨粒的洗凈過程是復雜的；以及(4) 起因于固體磨粒本身的成本或廢液處理的成本提高等。

為了抑制洼曲或研磨中的銅合金的腐蝕、形成可靠性高的LSI配 線，提倡使用含有由甘氨酸等氨基乙酸或者氨基磺酸構成的氧化金屬 溶解劑和苯并三唑(以下稱為BTA)的金屬用研磨液的方法。該技術 例如在特開平8-83780號公報中已有記載。

但是，BTA的保護膜形成效果非常高，因而不僅腐蝕速度，而且 研磨速度也顯著地降低。因此，希望在金屬用研磨液中使用充分降低 腐蝕速度，而不降低CMP速度的保護膜形成劑。

發明的公開

本發明是提供雖然充分降低腐蝕速度，但維持高的CMP速度，并 且能夠形成可靠性高的金屬膜的埋入圖形的金屬用研磨液及研磨方 法。

本發明的金屬用研磨液含有用于氧化金屬的氧化劑、氧化金屬溶 解劑、第1保護膜形成劑、與第1保護膜形成劑不同的第2保護膜形 成劑及水。

保護膜形成劑是在金屬表面形成保護膜的保護膜形成劑.