[发明专利]CMP用研磨液以及研磨方法

说明书

本发明是申请号为2009801132039（国际申请号为PCT/JP2009/057641）、申请日为2009年4月16日、发明名称为“CMP用研磨液以及研磨方法”的发明申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种在半导体装置的配线形成工序等中用于研磨的CMP用研磨液以及研磨方法。

背景技术

近年来，随着半导体集成电路（以下记作LSI）的高集成化、高性能化，新的微细加工技术也不断被开发出来。化学机械研磨（以下记作CMP）法就是其中之一，其为在LSI制造工序特别是在多层配线形成工艺中经常使用的技术，用于层间绝缘膜的平坦化、金属插塞的形成、埋入式配线的形成。该技术公开于例如专利文献1中。

另外，最近，为了使LSI高性能化，尝试利用铜和铜合金作为构成配线材料的导电性物质。

但是，铜或者铜合金很难通过以往的铝合金配线形成中频繁使用的干式蚀刻法进行微细化加工。

因此，主要采用镶嵌（damascene）法，所谓镶嵌法是指，在预先形成有沟槽的绝缘膜上沉积并埋入铜或者铜合金薄膜，通过CMP除去沟槽部以外的所述薄膜，从而形成埋入式配线的方法。该技术公开于例如专利文献2中。

研磨铜或者铜合金等导电性物质的金属CMP的通常方法为，将研磨垫（也称为研磨布）贴附在圆形的研磨定盘（压磨板）上，一边用金属膜用研磨液浸渍研磨垫表面，一边将基板的形成有金属膜的面按压在研磨垫的表面，在从研磨垫的背面向金属膜施加规定的压力（以下记作研磨压力）的状态下，旋转研磨定盘，通过研磨液和金属膜的凸部的相对机械摩擦，除去凸部的金属膜。

用于CMP的金属膜用研磨液通常包括氧化剂和研磨粒子，根据需要还可以进一步添加氧化金属溶解剂、保护膜形成剂等。认为基本的机理是，首先通过氧化剂氧化金属膜表面，再通过研磨粒子磨削该氧化层。

因为凹部的金属表面的氧化层不怎么与研磨垫接触，研磨粒子起不到磨削效果，所以随着CMP的进行，凸部的金属层被除去，使得基板表面平坦化。关于其详细情况，公开于例如非专利文献1中。

作为提高CMP的研磨速度的方法，添加氧化金属溶解剂是有效的。这被解释为，因为使研磨粒子磨削的金属氧化物的颗粒溶解于研磨液中（以下记作蚀刻）时，研磨粒子起到的磨削效果增强。

通过添加氧化金属溶解剂，CMP的研磨速度得以提高，但是，另一方面，凹部的金属膜表面的氧化层也被蚀刻，使得金属膜表面露出时，金属膜表面被氧化剂进一步氧化，如此反复进行，对凹部金属膜进行蚀刻。因此，研磨后，埋入的金属配线的表面中央部分产生像碟子似的下陷现象（以下记作碟陷（dishing）），损害平坦化效果。

为了防止这种情况，进一步添加保护膜形成剂。保护膜形成剂在金属膜表面的氧化层上形成保护膜，防止氧化层向研磨液中溶解。希望该保护膜可以容易地被研磨粒子磨削，且不使CMP的研磨速度降低。

为了抑制铜或者铜合金的蝶陷以及研磨中的腐蚀，形成可靠性高的LSI配线，提倡使用如下所述CMP用研磨液的方法：含有作为氧化金属溶解剂的甘氨酸等氨基乙酸或者酰胺硫酸以及作为保护膜形成剂的BTA（苯并三唑）。该技术记载于例如专利文献3中。

另一方面，如图1（a）所示，在由铜或者铜合金等配线用金属层所形成的导电性物质3的下层，形成有用于防止铜向层间绝缘膜1中扩散和提高密合性的阻挡金属2的层（以下也称为阻挡层）。作为阻挡金属2，可以使用例如钽、钽合金、氮化钽等钽化合物等。在CMP工艺中，在埋入导电性物质的配线部以外的部分，有必要通过CMP除去露出的阻挡金属2。

但是，由于这些阻挡金属2的硬度比导电性物质3高，因此即使组合导电性物质用的研磨材料也不能得到充分的研磨速度，而且很多情况下平坦性会变差。因此，研究出了这样的2段研磨方法，其包括从图1（a）到图1（b）的状态的研磨导电性物质3的第1工序、和从图1（b）到图1（c）的状态的研磨阻挡金属2的第2工序。

在研磨阻挡金属2的第2研磨工序中，为了提高平坦性，通常也会研磨凸部层间绝缘膜1的厚度的一部分（过度研磨）。对于层间绝缘膜1而言，氧化硅膜是主流，然而近年来，为了使得LSI高性能化，尝试利用比氧化硅膜介电常数低的硅系材料或者有机聚合物，例如，作为Low-k（低介电常数）膜的以三甲基硅烷为起始原料的有机硅酸盐玻璃和全芳香环系Low-k膜等。

先前技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第4944836号说明书

专利文献2：日本专利第1969537号公报