[發明專利]金屬用研磨液及其應用

有效

• 申請號: 201210144194.3
• 申請日: 2008-02-22
• 公開（公告）號: CN102690607A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 天野倉仁;櫻田剛史;安西創;筱田隆;野部茂
• 申請（專利權）人: 日立化成工業株式會社
• 主分類號: C09G1/02
• 分類號: C09G1/02;C09K3/14;H01L21/321
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243
• 代理人: 鐘晶;金鮮英

本申請是原申請的申請日為2008年2月22日，申請號為200880005185.8，發明名稱為《金屬用研磨液以及研磨方法》的中國專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種金屬用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，稱為LSI）的高集成化、高性能化，開發出新的微細加工技術。化學機械研磨（以下，記為CMP）法是其中之一，是一種頻繁地利用在LSI制造工序，特別是多層配線形成工序中的層間絕緣膜的平坦化、金屬插塞（plug）的形成、埋入配線的形成中的技術。該技術例如公開在美國專利第4944836號說明書中。

另外，最近為了將LSI高性能化，試圖利用銅或銅合金作為配線材料的導電性物質。但是，銅或銅合金難于用于通過以往的鋁合金配線的形成中被頻繁使用的干蝕刻法而進行的微細加工中。在這里，主要采用所謂的鑲嵌（damascene）法，即，在預先形成有槽的絕緣膜上堆積銅或銅合金的薄膜而進行埋入，通過CMP除去槽部以外的所述薄膜，形成埋入配線。該技術例如公開在日本特開平2-278822號公報中。

研磨銅或銅合金等配線部用金屬的CMP的一般的方法是：在圓形的研磨盤（platen）上粘貼研磨墊，將研磨墊表面浸漬在金屬用研磨液中，壓住基板的形成有金屬膜的面，在從研磨墊的背面施加規定的壓力（以下，記為研磨壓力）的狀態下，轉動研磨平臺，通過研磨液和金屬膜的凸部之間的機械摩擦來除去凸部的金屬膜。

CMP中使用的金屬用研磨液，一般由氧化劑、研磨粒和水組成，根據需要還可以進一步添加氧化金屬溶解劑和金屬防銹劑等。認為其基本的機理是：首先，由氧化劑氧化金屬膜表面形成氧化層，然后由研磨粒削除該氧化層。由于凹部的金屬膜表面的氧化層不太接觸研磨墊，達不到被研磨粒削除的效果，因此，隨著CMP的進行，凸部的金屬膜被除去，基板表面被平坦化。關于其詳細的記載公開在電化學學會志（Journal?of?Electrochemical?Society）的第一38卷11號（1991年發行）的3460～3464頁。

作為提高CMP的研磨速度的方法，添加氧化金屬溶解劑是有效的。可以解釋為原因是：被研磨粒削除的金屬氧化物的粒子如果溶解在研磨液中，則由研磨粒得到的削除效果增加。雖然通過氧化金屬溶解劑的添加提高了CMP的研磨速度，但是，另一方面，若凹部的金屬膜表面的氧化層也被溶解，露出金屬膜表面，則金屬膜表面被氧化劑進一步氧化，如果這樣反復，就不斷進行凹部的金屬膜的溶解。由此，在研磨后，埋入有金屬配線的表面中央部分產生像碟子似的下陷現象（以下，稱為碟陷（dishing）），損害平坦化效果。

為了防止該現象，在金屬用研磨液中進一步添加金屬防銹劑。金屬防銹劑為在金屬膜表面的氧化層上形成保護膜，防止氧化層被蝕刻的物質。

希望該保護膜可以被研磨粒容易地削除，不降低CMP的研磨速度。

為了抑制金屬膜的碟陷或蝕刻，形成可靠性高的LSI配線，提倡一種使用含有氧化金屬溶解劑和作為金屬防銹劑的苯并三唑的金屬用研磨液，其中，氧化金屬溶解劑含有甘氨酸等氨基乙酸或酰氨基硫酸。該技術例如記載在特開平8-83780號公報中。

在銅或銅合金等的配線部用金屬的下層，為了防止金屬向層間絕緣膜中擴散或提高與層間絕緣膜間的密合性，形成例如含有鉭、鉭化合物等的導體的層作為阻擋層。因此，在埋入有銅或銅合金等的配線部用金屬的配線部分以外，需要通過CMP除去所露出的阻擋層。但是，這些阻擋層的導體與銅或銅合金相比，由于硬度高，大多數情況為在銅或銅合金用的研磨材料的組合中得不到充分的研磨速度，且被研磨面的平坦性變差。因此，研究了由研磨銅或銅合金等配線部用金屬的第一CMP研磨工序和研磨阻擋層的第2CMP研磨工序組成的2階段研磨方法。

對于研磨阻擋層的第2CMP研磨工序中使用的金屬用研磨液，為了提高被研磨面的平坦化，有時需要研磨作為層間絕緣膜的硅系被膜或有機聚合物膜。為了提高層間絕緣膜的研磨速度，提出了加大含在金屬用研磨液中的研磨粒的粒徑來進行研磨的方法，但是，存在有在被研磨面上產生研磨傷痕，成為電特性不良的原因這樣的問題。另外，有由CMP后的洗凈不充分而產生這樣的電特性不良的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種金屬用研磨液，該金屬用研磨液的層間絕緣膜的研磨速度大，在被研磨面上不產生研磨傷痕，且被研磨面的平坦性高。另外，本發明的目的還在于提供一種使用該金屬用研磨液，在微細化、薄膜化、尺寸精度以及電特性上優異，可靠性高，且適于低成本的半導體裝置的研磨方法。