[發明專利]研磨劑及基板的研磨方法

有效

• 申請號: 201210253479.0
• 申請日: 2012-07-20
• 公開（公告）號: CN102888208A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 三嶋公二;飛田文子
• 申請（專利權）人: 日立化成工業株式會社
• 主分類號: C09K3/14
• 分類號: C09K3/14;C09G1/04;C09G1/02;H01L21/304;B24B37/04
• 代理公司: 上海市華誠律師事務所 31210
• 代理人: 徐申民;杜娟

技術領域

本發明涉及研磨劑及基板的研磨方法。

背景技術

近年，伴隨著半導體集成電路（以下記為“LSI”。）的高度集成化、高性能化，開發了新的微細加工技術。化學機械研磨（以下記為“CMP”。）法也是其中一種，是LSI制造工序、尤其是多層布線形成工序中的絕緣體的平坦化、金屬插頭形成、嵌入布線形成等中頻繁利用的技術。

此外，最近為了使LSI高性能化，正在嘗試利用銅合金作為布線材料。但是，銅合金很難進行在基于以往的鋁合金布線的形成中頻繁使用的干式蝕刻法的微細加工。因此，例如，主要采用所謂的鑲嵌（damascene）法，在預先形成有槽的絕緣膜上堆積、嵌入銅合金薄膜，通過CMP除去槽部以外的銅合金薄膜，形成嵌入布線（例如，參照專利文獻1。）。

金屬的CMP的一般方法是，在圓形的研磨平臺（Platen）上粘貼研磨布，將研磨布的表面用液態的金屬用研磨劑浸潤，按壓形成基板的金屬膜的面，以從背面施加規定的壓力（以下記為“研磨壓力”。）的狀態轉動研磨平臺，通過金屬用研磨劑與金屬膜的凸部之間的機械摩擦，除去凸部的金屬膜。

CMP中使用的金屬用研磨劑一般含有氧化劑以及磨粒，根據需要進一步添加金屬溶解劑、金屬防蝕劑等。添加這些的時候，認為基本的機理是用金屬溶解劑氧化金屬膜表面，用磨粒刮去氧化層。認為變成凹部的金屬膜表面的氧化層，幾乎不與研磨布接觸，達不到被研磨磨粒刮去的效果，因此伴隨著CMP的進行，凸部的金屬層被去除，基板表面平坦化。

另一方面，如圖1（a）所示，由銅或者銅合金等的布線用金屬形成的導電性物質層5的下層中，為了防止銅向硅基板1上形成的絕緣體2中的擴散和改善密合性，而形成阻擋金屬導體膜3（以下，也稱為“阻擋金屬層3”）。因而，嵌入布線用金屬的布線部以外的露出的阻擋金屬層3，需要通過CMP去除。

因此，一般適用兩段研磨方法，即分成從圖1（a）所示的狀態到圖1（b）所示的狀態研磨導電性物質層5的“第1研磨工序”與、從圖1（b）所示的狀態到圖1（c）所示的狀態研磨阻擋金屬層3的“第2研磨工序”，分別用不同的研磨劑進行研磨。

可是，隨著設計規則的微細化，上述布線形成工序的各層也傾向于變薄。然而，由于上述阻擋金屬層3變薄，防止含有例如選自銅或者銅合金以及他們的氧化物中的至少1種的導電性物質的擴散效果就降低。此外，由于布線寬度變窄，導電性物質的嵌入性降低，布線部產生稱為void的空孔。進一步地，與導電性物質層的密合性也有降低的傾向。因此，研究將圖1中的阻擋金屬層3中使用的金屬替換成含有Co（鈷）元素的金屬。此外，建議如圖2（a）所示，使含鈷元素的金屬層（以下，也稱為“鈷層4”）隔在阻擋金屬層3與導電性物質層5之間。通過使用鈷層4，不僅抑制了導電性物質的擴散，而且由于鈷與作為導電性物質廣泛使用的銅之間的親和性高，因此銅層在布線部的嵌入性提高，可以進一步彌補與銅層的密合性。

使用鈷作為阻擋金屬層的時候，需要金屬用研磨劑去除多余的鈷層。已知多種物質作為金屬用研磨劑，另一方面，有某種金屬用研磨劑時，其不一定能去除任意的金屬。作為以往的金屬用研磨劑，已知以銅、鉭、鈦、鎢、鋁等的金屬作為研磨對象（除去多余部分的對象），但是還不太知道以鈷作為研磨對象的研磨劑。

然而，由于鈷與以往被作為布線用金屬使用的銅等的導電性物質比較，腐蝕性強，因此如果直接使用以往的研磨劑，鈷就被過度的侵蝕（蝕刻），或在布線層中產生狹縫，因此不能起到作為阻擋金屬層的功能，有金屬離子擴散的可能。絕緣體中金屬離子擴散的時候，半導體器件短路的可能性變高。另一方面，若為了防止這樣的事情，添加防腐蝕作用強的防蝕劑，或增加防蝕劑的添加量，則有降低整體的研磨速度的問題。

對于這樣的問題，已知使用特定的金屬防蝕劑的研磨劑，該金屬防蝕劑為四元環~六元環的雜環化合物，含有2個以上的雙鍵，含有1個以上的氮原子（例如，參照專利文獻2。）。根據這樣的研磨劑，保護布線層的同時，能防止布線層中有狹縫。

現有技術

專利文獻

專利文獻1：日本專利特開平2-278822號公報

專利文獻2：日本專利特開2011-91248號公報

發明內容

發明要解決的課題

然而，僅僅依靠金屬防蝕劑的作用，雖然可以抑制鈷的蝕刻，但不容易同時維持對于鈷的高研磨速度，尋求更加提高對鈷的研磨速度。本發明想要解決上述課題，目的在于提供保持對鈷層的良好的研磨速度的同時抑制鈷層腐蝕、抑制狹縫產生的研磨劑以及使用該研磨劑的基板研磨方法。

解決課題的手段