[發明專利]CMP用研磨液以及研磨方法

有效

• 申請號: 201210226495.0
• 申請日: 2009-04-16
• 公開（公告）號: CN102766409A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 筱田隆;田中孝明;金丸真美子;天野倉仁
• 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;B24B37/04;H01L21/3105;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;於毓楨

本發明是申請號為2009801132039（國際申請號為PCT/JP2009/057641）、申請日為2009年4月16日、發明名稱為“CMP用研磨液以及研磨方法”的發明申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種在半導體裝置的配線形成工序等中用于研磨的CMP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（以下記作LSI）的高集成化、高性能化，新的微細加工技術也不斷被開發出來。化學機械研磨（以下記作CMP）法就是其中之一，其為在LSI制造工序特別是在多層配線形成工藝中經常使用的技術，用于層間絕緣膜的平坦化、金屬插塞的形成、埋入式配線的形成。該技術公開于例如專利文獻1中。

另外，最近，為了使LSI高性能化，嘗試利用銅和銅合金作為構成配線材料的導電性物質。

但是，銅或者銅合金很難通過以往的鋁合金配線形成中頻繁使用的干式蝕刻法進行微細化加工。

因此，主要采用鑲嵌（damascene）法，所謂鑲嵌法是指，在預先形成有溝槽的絕緣膜上沉積并埋入銅或者銅合金薄膜，通過CMP除去溝槽部以外的所述薄膜，從而形成埋入式配線的方法。該技術公開于例如專利文獻2中。

研磨銅或者銅合金等導電性物質的金屬CMP的通常方法為，將研磨墊（也稱為研磨布）貼附在圓形的研磨定盤（壓磨板）上，一邊用金屬膜用研磨液浸漬研磨墊表面，一邊將基板的形成有金屬膜的面按壓在研磨墊的表面，在從研磨墊的背面向金屬膜施加規定的壓力（以下記作研磨壓力）的狀態下，旋轉研磨定盤，通過研磨液和金屬膜的凸部的相對機械摩擦，除去凸部的金屬膜。

用于CMP的金屬膜用研磨液通常包括氧化劑和研磨粒子，根據需要還可以進一步添加氧化金屬溶解劑、保護膜形成劑等。認為基本的機理是，首先通過氧化劑氧化金屬膜表面，再通過研磨粒子磨削該氧化層。

因為凹部的金屬表面的氧化層不怎么與研磨墊接觸，研磨粒子起不到磨削效果，所以隨著CMP的進行，凸部的金屬層被除去，使得基板表面平坦化。關于其詳細情況，公開于例如非專利文獻1中。

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。這被解釋為，因為使研磨粒子磨削的金屬氧化物的顆粒溶解于研磨液中（以下記作蝕刻）時，研磨粒子起到的磨削效果增強。

通過添加氧化金屬溶解劑，CMP的研磨速度得以提高，但是，另一方面，凹部的金屬膜表面的氧化層也被蝕刻，使得金屬膜表面露出時，金屬膜表面被氧化劑進一步氧化，如此反復進行，對凹部金屬膜進行蝕刻。因此，研磨后，埋入的金屬配線的表面中央部分產生像碟子似的下陷現象（以下記作碟陷（dishing）），損害平坦化效果。

為了防止這種情況，進一步添加保護膜形成劑。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。希望該保護膜可以容易地被研磨粒子磨削，且不使CMP的研磨速度降低。

為了抑制銅或者銅合金的蝶陷以及研磨中的腐蝕，形成可靠性高的LSI配線，提倡使用如下所述CMP用研磨液的方法：含有作為氧化金屬溶解劑的甘氨酸等氨基乙酸或者酰胺硫酸以及作為保護膜形成劑的BTA（苯并三唑）。該技術記載于例如專利文獻3中。

另一方面，如圖1（a）所示，在由銅或者銅合金等配線用金屬層所形成的導電性物質3的下層，形成有用于防止銅向層間絕緣膜1中擴散和提高密合性的阻擋金屬2的層（以下也稱為阻擋層）。作為阻擋金屬2，可以使用例如鉭、鉭合金、氮化鉭等鉭化合物等。在CMP工藝中，在埋入導電性物質的配線部以外的部分，有必要通過CMP除去露出的阻擋金屬2。

但是，由于這些阻擋金屬2的硬度比導電性物質3高，因此即使組合導電性物質用的研磨材料也不能得到充分的研磨速度，而且很多情況下平坦性會變差。因此，研究出了這樣的2段研磨方法，其包括從圖1（a）到圖1（b）的狀態的研磨導電性物質3的第1工序、和從圖1（b）到圖1（c）的狀態的研磨阻擋金屬2的第2工序。

在研磨阻擋金屬2的第2研磨工序中，為了提高平坦性，通常也會研磨凸部層間絕緣膜1的厚度的一部分（過度研磨）。對于層間絕緣膜1而言，氧化硅膜是主流，然而近年來，為了使得LSI高性能化，嘗試利用比氧化硅膜介電常數低的硅系材料或者有機聚合物，例如，作為Low-k（低介電常數）膜的以三甲基硅烷為起始原料的有機硅酸鹽玻璃和全芳香環系Low-k膜等。

先前技術文獻

專利文獻

專利文獻1：美國專利第4944836號說明書

專利文獻2：日本專利第1969537號公報