[发明专利]抛光组合物及使用它的抛光方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用来抛光半导体、光掩模和各种存储硬盘的基材的抛光组合物，具体涉及一种例如在半导体工业中用来抛光器件晶片的表面使之平整的抛光组合物。

更具体地说，本发明涉及这样一种抛光组合物，在对半导体器件应用所谓的化学机械抛光技术的抛光步骤中，在加工器件晶片的过程中，它的效率高，选择性高，并可用来形成优良的抛光表面；还涉及采用该组合物的抛光方法。

背景技术

包括电脑的所谓高技术产品近年来进展很大，用于这些产品的部件例如ULSI器件，已逐年被开发出来，以便达到高集成度和高速度。伴随着这些进展，半导体器件的设计尺度逐年精细化，在制造器件的过程中，聚焦深度日益变浅，形成图案的表面的平整化要求也就越来越严格。

另外，为了对付由于在器件上布线细化导致的线路电阻增大问题，研究了采用铜代替钨或铝作为布线材料。根据其本性，铜几乎不能通过各向异性侵蚀进行加工，因此它需要下述加工。

即在绝缘层上形成布线的凹槽和通道之后，通过喷镀或电镀形成铜线(所谓的金属镶嵌方法)，接着，将沉积在绝缘层上不需要的铜层用化学机械抛光(下面称为CMP)法除去，化学机械抛光是机械抛光和化学抛光的结合。

但是，在这种加工中也可能发生铜原子扩散进入绝缘层内，破坏器件性能的情况。因此，为了防止铜原子的扩散，研究了在形成了布线的凹槽或通道的绝缘层上提供一隔离层。作为这种隔离层的材料，从器件的可靠性角度考虑，金属钽或一种钽化合物例如氮化钽是最适合的，预计将来是最多使用的。在本发明中，“钽化合物”不仅包括氮化钽之类的化合物，还包括金属钽，“铜”不仅包括铜，还包括含例如铝的铜合金。

因此，在对这种包含该铜层和含钽化合物的半导体器件进行CMP加工的过程中，首先分别抛光最外层的铜层，然后抛光作为隔离层的含钽化合物层，当抛光达到二氧化硅或单氟氧化硅(SiOF)绝缘层时，抛光就告结束。作为理想的抛光过程，要求仅使用一种抛光组合物，在一个抛光步骤中将铜层和含钽化合物层均匀地抛光除去，当达到绝缘层时抛光过程一定要结束。

但是，铜和含钽化合物的硬度、化学稳定性和其他机械性能都不同，因此加工性能不同，所以，难以采用这样一种理想的抛光方法。因此，研究了下述的两步抛光方法，即抛光过程分为两步。

首先，在第一步抛光步骤中(下面称为第一步抛光)，采用能够高效抛光铜层的抛光组合物，对铜层进行抛光，此时使用例如含钽化合物层作为阻挡层，直至达到这一含钽化合物层。在这里，为了不在铜层表面上形成各种表面缺陷例如凹坑、磨蚀、沉陷等，在达到含钽化合物层之前，即仍保留微量铜层时，可以立刻终止第一步抛光。接着，在第二步抛光步骤(下面称为第二步抛光)中，使用能够高效地主要抛光含钽化合物层的抛光组合物，对余留的薄铜层和含钽化合物层进行抛光，此时绝缘层用作阻挡层，当达到绝缘层时，结束抛光。

这里，沉陷、凹坑和磨蚀是由于对布线部分过分抛光而形成的表面缺陷，凹坑指布线部分内的凹坑(该情形下是铜)，它们通常由布线部分的化学侵蚀作用引起。磨蚀指这样的现象，即在铜布线部分与绝缘部分排列成行的情形下，绝缘部分与绝缘面部分(非排列成行部分)相比，被过分抛光，这通常由垫板的弹性变形、绝缘层的高磨削速率和对绝缘部分的过分压力集中引起。沉陷指这样的现象，即在铜布线部分具有相对较宽宽度情形下，布线的中心部分以盘状凹陷，这通常由垫板的变形引起。

随着器件的小型化，布线层的剖面面积变小，由此当制造器件时，就可能产生上述的表面缺陷，因此，布线部分的面积就会进一步减小，线路电阻增大，或在极端情形下导致断路。所以，在第一步抛光中，重要的是不让第二步抛光不能除去的表面缺陷形成于布线层上，同时铜层的磨削速率应当不受影响。

关于这种第一步抛光所用的抛光组合物，例如JP-A-7-233485(现有技术1)揭示了一种铜类型金属层用的抛光液体，它含有至少一种选自氨基乙酸(以后称为甘氨酸)和酰胺硫酸的有机酸、氧化剂和水，而且揭示了使用这种抛光液体制造半导体器件的方法。此外，JP-A-8-83780揭示了一种研磨剂，它含有氨基乙酸和/或酰胺硫酸、氧化剂、水和苯并三唑或其衍生物，和使用该研磨剂的抛光方法。使用这样一种抛光液体(或研磨剂)抛光铜层时，可获得相对高的磨削速率。