[发明专利]研磨液及研磨方法

说明书

本申请是原申请的申请日为2002年10月31日，申请号为02826551.3，发明名称为《研磨液及研磨方法》的中国专利申请的分案申请。 

技术领域

本发明涉及在半导体装置的配线形成工序等中的研磨所使用的研磨液及研磨方法。 

背景技术

近年来，随着半导体集成电路(以下称LSI)的高集成化、高性能化，开发了新的微细加工技术。化学机械研磨(以下称CMP)法是其中之一，其是被频繁利用于LSI制造工序、特别是多层配线形成工序中层间绝缘膜的平坦化、金属管塞形成、埋入配线形成中的技术。该技术例如在美国专利第4944836号公报中被揭示。 

而且，最近为了提升LSI的高性能化，正在尝试利用铜及铜合金作为形成配线材料的导电性物质。但是，对于铜、铜合金，通过频繁用于以往的铝合金配线形成中的干蚀刻法的微细加工是困难的。因此，主要采用在预先形成沟的绝缘膜上堆积埋入铜或铜合金薄膜，然后通过CMP去除沟部以外的前述薄膜，形成埋入配线，即所谓的波形花纹法。该技术例如在特开平2-278822号中被揭示。 

研磨铜或铜合金等配线部用金属的金属CMP的一般方法是，在圆形研磨定盘(压板)上贴附研磨布(凸缘)，一边用金属用研磨液浸渍研磨布表面，一边将形成基板金属膜的面压附于研磨布表面，在由研磨布内面对金属膜施加规定压力(以下称为研磨压力)状态下旋转研磨定盘，通过研磨液与金属膜凸部的相对机械摩擦，去除凸部的金属膜。 

用于CMP的金属用研磨液通常由氧化剂及研磨粒构成，根据需要可以进一步添加氧化金属溶解剂、保护膜形成剂。首先通过氧化剂氧化金属膜表面，然后通过研磨粒磨削该氧化膜被认为是基本的机制。 

由于凹部的金属表面氧化层不太触及研磨凸缘，起不到研磨粒的磨削效果，因此，随着CMP进行去除凸部金属层从而使基板表面平坦化。 对于其详细内容在Jeurnal of electrochemical society杂志第138卷11号(1991年发明)的3460-3464页被揭示。 

作为提高通过CMP的研磨速度的方法，添加氧化金属溶解剂是有效的。可以解释为是由于使通过研磨粒磨削的金属氧化物溶解在研磨液中(以下称为蚀刻)增加了通过研磨粒的磨削效果。通过添加氧化金属溶解剂提高了通过CMP的研磨速度，但是，另一方面，凹部金属膜表面的氧化层也被蚀刻露出金属膜表面，通过氧化剂金属膜表面进一步被氧化，反复如此，促进了凹部金属膜的蚀刻。因此，研磨后埋入的金属配线的表面中央部份出现如盘状的凹陷现象(以下称为大半径凹进成形)，损害平坦化效果。 

为防止该现象，需要进一步添加保护膜形成剂。保护膜形成剂在金属膜表面氧化层上形成保护膜，防止向氧化层研磨液中的溶解。该保护膜被希望是可以通过研磨粒容易地磨削，而不降低通过CMP的研磨速度。 

为抑制铜或铜合金的大半径凹进成形，形成高可靠性的LSI配线，提出了使用作为甘氨酸等氨基醋酸或酰胺硫酸形成的氧化金属溶解剂及保护膜形成剂含有BTA的CMP用研磨液的方法。该技术例如在特开平8-83780号被记载。 

在铜或铜合金等的波形花纹配线形成或钨等管塞配线形成等的金属埋入形成中，作为埋入部份以外形成的层间绝缘膜的二氧化硅膜的研磨速度也大时，则每个层间绝缘膜产生配线厚度变薄的凹陷。其结果是，由于出现配线抵抗的增加，因此，要求相对于被研磨的金属膜二氧化硅膜研磨速度为极小的特性。因此，为了通过由氧解离产生的阴离子抑制二氧化硅的研磨速度，提出了使研磨液PH比Pka-0.5大的方法。该技术例如在专利公报第2819196号中被记载。 

另外，在铜或铜合金等配线部用金属的下层中，作为防止向层间绝缘膜中的铜扩散、提高粘合性的阻隔导体层(以下称阻隔层)，例如可以形成钽、钽合金、氮化钽等钽化合物等的导体层。因此，在埋入铜或铜合金的配线部以外，需要通过CMP去除露出的阻隔层。但是这些阻隔 层导体比铜或铜合金硬度较高，因此，即使组合铜或铜合金用的研磨材料也无法取得足够的研磨速度，而且，平坦性恶化的情况多。因此，由研磨配线部用金属的第1工序与研磨阻隔层的第2工序形成的2段研磨方法正在被研究。