[發(fā)明專利]CMP用研磨液和研磨方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201780048056.6
• 申請(qǐng)日: 2017-06-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109690741A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 井上惠介;近藤俊輔;大塚祐哉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 日立化成株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01L21/304
• 分類號(hào): H01L21/304;B24B37/00;C09K3/14
• 代理公司: 上海華誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31300
• 代理人: 杜娟

本發(fā)明涉及一種研磨液，其為用于研磨至少包含阻擋金屬、金屬膜和二氧化硅膜的基板或至少包含阻擋金屬、金屬膜、二氧化硅膜和low?k膜的基板的CMP用研磨液，所述研磨液含有研磨粒子、氧化金屬溶解劑、氧化劑、水溶性高分子和堿金屬離子，研磨時(shí)的所述研磨粒子和所述金屬膜的表面電位為相同符號(hào)，所述研磨粒子的表面電位(mV)和所述金屬膜的表面電位(mV)的乘積為250～10000，所述研磨液的pH為7.0～11.0。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及CMP用研磨液和使用其的研磨方法。

背景技術(shù)

近年，隨著半導(dǎo)體集成電路(以下，稱為“LSI”。)的高集成化、高性能化，人們開(kāi)發(fā)了新的微加工技術(shù)。化學(xué)機(jī)械研磨(以下，稱為“CMP”。)法也是其中之一，是LSI制造工序，尤其是，多層布線形成工序中的絕緣膜的平坦化、金屬插塞的形成、埋入式布線的形成中頻繁使用的技術(shù)。例如在專利文獻(xiàn)1中公開(kāi)了該技術(shù)。

此外，最近，為了使LSI高性能化，人們嘗試了使用銅或銅合金的金屬膜作為形成布線材料的導(dǎo)電性物質(zhì)。但是，對(duì)于銅或銅合金而言，難以實(shí)施基于頻繁用于以往的鋁合金布線的形成的干式蝕刻法而進(jìn)行的微加工。

于是，主要采用所謂的鑲嵌法(damascene method)，即，在預(yù)先形成有溝槽的二氧化硅等的絕緣膜上堆積并埋入銅或銅合金的金屬膜，通過(guò)CMP除去溝槽部以外的金屬膜，形成埋入式布線。例如在專利文獻(xiàn)2中公開(kāi)了該技術(shù)。

另一方面，在銅或銅合金等金屬膜的下層，作為用于防止金屬擴(kuò)散入絕緣膜中和提高密合性的阻擋金屬，形成有由鉭、鉭合金、氮化鉭等導(dǎo)體形成的層。因此，埋入銅或銅合金等的金屬膜的布線部以外，需要通過(guò)CMP去除露出的阻擋金屬。

但是，由于這些阻擋金屬的硬度比銅或銅合金高，因此，即使組合銅或銅合金用的研磨材料來(lái)進(jìn)行研磨也不能得到充分的研磨速度，且被研磨面的平坦性變差的情況多。于是，人們研究了由研磨金屬膜的第1研磨工序和研磨阻擋金屬的第2研磨工序構(gòu)成的2步研磨方法。

圖1顯示基于一般的鑲嵌工藝進(jìn)行的布線形成的截面示意圖。圖1(a)表示研磨前的狀態(tài)，具有在表面形成有溝槽的絕緣膜1、按照追隨絕緣膜1的表面凹凸的方式形成的阻擋金屬2、以填埋凹凸的方式堆積的銅或銅合金的布線部用金屬3。

首先，如圖1(b)所示，使用用于研磨布線部用金屬的研磨液，研磨布線部用金屬3直至阻擋金屬2露出(第1研磨工序)。接著，使用阻擋金屬2用的研磨液進(jìn)行研磨直至絕緣膜1的凸部露出(第2研磨工序)。該第2研磨工序中，如圖1(c)所示，常會(huì)出現(xiàn)進(jìn)行了多余地研磨絕緣膜的過(guò)度研磨的情況。圖1的(c)中，符號(hào)4表示第2研磨工序中的阻擋金屬研磨前的圖1(b)的狀態(tài)。通過(guò)這樣的過(guò)度研磨，可以提高研磨后的被研磨面的平坦性。

作為這樣的阻擋金屬用的研磨液，人們提出了下述的阻擋金屬用研磨液的方案：其包含氧化劑、針對(duì)金屬表面的保護(hù)膜形成劑、酸和水，pH為3以下，上述氧化劑的濃度為0.01～3質(zhì)量％。(例如，參見(jiàn)專利文獻(xiàn)3。)

此外，近年，隨著布線間隔微細(xì)化，有時(shí)即便是非常微小的金屬布線的腐蝕也會(huì)成為問(wèn)題。有金屬布線的腐蝕時(shí)，LSI的成品率惡化，因此，也尋求不引起金屬布線的腐蝕的研磨液。此外，同樣地從成品率的角度考慮，研磨后，金屬布線和絕緣膜上的缺陷少也是必要的。

進(jìn)一步地，隨著近年的布線間隔微細(xì)化，會(huì)產(chǎn)生布線延遲的問(wèn)題。集成電路中，將金屬布線四處鋪設(shè)好幾層，由此傳遞信號(hào)，但隨著微細(xì)化，布線彼此之間的距離變近，因此，鄰近的布線間的布線間電容增大，與其成比例地產(chǎn)生信號(hào)延遲。由此，電路的動(dòng)作速度不上升反而耗電增加的問(wèn)題日益顯著。