[发明专利]金属用研磨液以及研磨方法

说明书

本申请是申请日为2003年6月13日，国家申请号为03826622.9，国际申请号为PCT/JP2003/007554，发明名称为“金属用研磨液以及研磨方法”的发明申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种适用于半导体器件的配线形成工序的金属用研磨液，以及使用该研磨液的研磨方法。

背景技术

近年来，随着半导体集成电路(LSI)的高集成化与高性能化，新的微细加工技术发展起来。化学机械研磨法(Chemical Mechanical Polishing)就是其中之一，在LSI制造工序中，特别是在多层配线形成工序中的层间绝缘膜平坦化、金属插头(plug)形成以及埋入式配线形成中频繁使用到化学机械研磨法技术。该技术例如公开在美国专利No.4944836号说明书中。

近年来，为了使LSI高性能化，尝试采用铜合金作为配线材料。不过铜合金通过以往常用于形成铝合金配线的干蚀刻法来进行微细加工是困难的。因此，主要采用在预先形成沟渠的绝缘层上沉积埋入铜合金薄膜，通过化学机械研磨法将沟渠外部的铜合金加以去除而形成埋入式配线，即所谓的镶嵌法。该技术例如揭示于日本特开平第2278822号公报中。

作为金属的化学机械研磨法，一般的方法是在圆形的研磨盘(台板)上粘贴研磨垫，以金属用研磨液将研磨垫表面浸湿，然后将基体形成有金属膜的那一面压在研磨垫上，在从其背面施加规定压力(称为研磨压力或研磨荷重)的状态下转动研磨盘，通过研磨液与金属膜的凸部之间的机械摩擦将凸部的金属膜去除。

用于化学机械研磨法的金属用研磨液一般包括氧化剂以及固体磨粒，根据需要还可以加入一些氧化金属溶解剂与金属防蚀剂。认为其原理是，先通过氧化将金属膜表面氧化，然后通过固体磨粒磨去该氧化层。由于凹部的金属表面的氧化层不会与研磨垫接触，不会产生利用固体磨粒磨去氧化层的效果，因此，在进行化学机械研磨法的同时，去除凸部的金属层而使基体表面平坦化。关于其详细内容公开在Journal of electrochemicalSociety，138，11，3460～3464，1991中。

作为提高化学机械研磨法的研磨速度的方法，添加氧化金属溶解剂是有效的。其原因是由于被固体磨粒磨去的金属氧化物粒溶解在研磨液中因而提高了固体研磨粒的磨去效果。

不过，作为其问题点，可举出金属膜表面的溶解(以下，称为蚀刻)。凹部的金属膜表面的氧化层一旦也被蚀刻而使金属膜表面露出，则金属膜表面被氧化剂氧化，如此重复进行凹部的金属膜的蚀刻，恐怕就会影响平坦化的效果。例如：埋入式金属配线的表面中央部分会因蚀刻而产生碟陷(dishing)现象。并且，由于蚀刻也会对金属表面产生腐蚀(corrosion)。

为了防止金属表面腐蚀还添加金属防蚀剂。而且，为了抑制碟陷现象或研磨中对铜合金的腐蚀，形成可靠性高的LSI配线，而提出一种使用含有氧化金属溶解剂以及BTA(苯并三唑)的金属用研磨液，其中氧化金属溶解剂由甘氨酸等氨基乙酸或酰胺硫酸构成，该技术公开于日本专利特开平第8-83780号公报中。

然而，金属防蚀剂的添加会降低研磨速度。为了维持平坦化的特性，取得氧化金属溶解剂与金属防蚀剂的效果的平衡是重要的，将磨去的氧化层粒子有效溶解而提高化学机械研磨法的研磨速度，并且使凹部的金属膜表面的氧化层不发生蚀刻是优选的。

如上所述添加氧化金属溶解剂与金属防蚀剂而增加化学反应的效果，从而使化学机械研磨法的研磨速度提高的同时，也获得降低化学机械研磨法对金属层表面的损伤(damage)效果。

另一方面，在配线铜或铜合金等的底层，形成用于防止铜向层间绝缘膜中扩散的阻挡层，作为该阻挡层是钨、氮化钨、钨合金或其他的钨化合物等的导体膜。因此，除了埋入铜或铜合金的配线部分以外，裸露的阻挡层也必须以化学机械研磨法来加以去除。然而，这些阻挡层用导体膜，其硬度大于铜或铜合金，因此，使用铜或铜合金所用的研磨材料，无法得到很好的研磨速度。而且，在利用化学机械研磨法去除阻挡层时，会产生铜或铜合金配线被蚀刻而使其厚度变薄的问题。

本发明提供一种金属用研磨液，其在保持低的蚀刻速度的同时，充分提高研磨速度，抑制金属表面的腐蚀和碟陷现象的发生，能够形成可靠性高的金属膜埋入的图案。

此外，本发明也提供一种金属的研磨方法，其可以保持低的蚀刻速度，充分提高研磨速度，抑制金属表面的腐蚀和碟陷现象的发生，能够形成可靠性高的金属膜埋入的图案，其生产性、作业性优良，合格率高。

发明内容

本发明的研磨液涉及以下(1)～(18)的金属用研磨液以及研磨方法。