[发明专利]CMP用研磨液及研磨方法

说明书

技术领域

本发明涉及CMP用研磨液及研磨方法。

背景技术

近年来，随着半导体集成电路(以下简称为LSI)的高度集成化、高性能化而不断开发新的微细加工技术。化学机械研磨(以下简称为CMP)法也是其中的一种微细加工技术，是一种被频繁使用于LSI制造工序(特别是在多层配线形成工序中层间绝缘膜的平坦化、金属插头的形成、嵌入式配线的形成等)的技术。例如在美国专利号为US 4944836的说明书中公开了该技术。

另外，近年来，为了实现LSI的高性能化，开始使用铜合金代替现有的铝合金作为配线材料。但是，铜合金，通过铝合金配线的形成中所使用的干蚀刻法难以进行微细加工。因此，主要采用的是如下方法：在预先形成了沟槽的层间绝缘膜上沉积铜合金薄膜并将其嵌入，通过CMP除去凹部以外的铜合金的薄膜，从而形成嵌入式配线(即，所谓的镶嵌法)。在例如日本特开平2-278822号公报中公开了镶嵌法。

另外，在预先形成了沟槽的层间绝缘膜上沉积铜合金的薄膜并将其嵌入之前，为了防止铜合金向层间绝缘膜扩散，确保铜合金与层间绝缘膜之间的密合力，在层间绝缘膜的上层形成由TaN或Ta等阻挡金属形成的阻挡层。

通过CMP法对铜合金等金属实施平坦化的一般方法是，在圆形研磨盘(压磨板)上贴附研磨垫，使用金属用研磨液浸润研磨垫表面，将基体的形成了金属膜的面按押到研磨垫的表面上，并且在从研磨垫的背面向金属膜施加规定的压力(以下称为研磨压力)的状态下转动研磨盘，利用研磨液与金属膜的凸部的机械摩擦除去凸部的金属膜。

CMP中所使用的金属用研磨液，通常由固体磨粒、氧化剂和水组成。该研磨液被认为，首先，通过氧化剂对金属膜表面进行氧化形成氧化层，通过固体磨粒将该氧化层磨削掉。在凹部的金属膜表面的氧化层几乎不与研磨垫接 触，因而不会产生由固体磨粒磨削掉的效果，因此，能够在进行CMP的同时除去凸部的金属膜的氧化层从而使基体表面平坦化(参阅电化学会志期刊(Journal of Electrochemical Society)，第138卷第11期(1991年发行)，第3460～3464页)。

作为提高CMP法的研磨速度的方法之一，已知有在金属用研磨液中配合氧化金属溶解剂的方法(日本特开平8-83780号公报)。在该公报中说明了，其原因是，当通过氧化金属溶解剂的作用溶解由固体磨粒所磨削掉的金属氧化物时，由磨粒磨削掉的效果增强。虽然通过配合氧化金属溶解剂能够提高CMP的研磨速度，但如果凹部的金属膜表面的氧化层也被溶解(蚀刻)而使得金属磨表面露出，则该金属膜表面会被氧化剂进一步氧化，如果该过程反复进行，则凹部的金属膜的蚀刻也会发生，因而损害了平坦化效果。为了防止该现象，在金属用研磨液中进一步添加苯并三唑等抗蚀刻剂(保护膜形成剂)(日本特开平8-83780号公报)。保护膜形成剂在金属膜表面的氧化层上形成保护膜，能够防止氧化层被蚀刻。

图1显示了LSI的平坦化工序的一个实例。在图1的(a)中，在层间绝缘膜1的表面形成有厚度为B的凹部、以及厚度为A1的凸部，并且追随层间绝缘膜的表面形状形成阻挡层2。进一步在其上面形成铜或铜合金等的配线金属层3，而且当凹部的宽度大到一定程度时，在配线金属表面也会形成凹部，如图1(a)所示。

首先，通过CMP用研磨液除去凹部以外的配线金属层3。这时，如图1(b)所示，可以完全除去凸部的配线金属层3，但也可以特意研磨至残留少量的配线金属层3。

接着，使用阻挡金属用CMP研磨液，研磨除去由TaN或Ta等阻挡金属形成的阻挡层2。这时，如图1(c)所示，为了除去能存在于层间绝缘膜1的凸部的阻挡层2的残渣，对层间绝缘膜1进行少量研磨。因此，研磨后的层间绝缘层1的厚度A2与阻挡层研磨前的层间绝缘膜的厚度A1的关系为A1＞A2。

最常见的情形如图1所示，配线金属层3为铜或者铜合金、层间绝缘膜1为SiO₂、阻挡层2为Ta或TaN等钽系金属，但是，如上所述，在为了除去存在于层间绝缘膜1的凸部的阻挡层2的残渣而对层间绝缘膜1进行研磨的情形 中，配线金属层3附近的层间绝缘膜1比位于其他区域的层间绝缘膜1过度磨削，因而容易引起产生坑(えぐれ)这样的问题。这样的坑又被称为锯齿(fang)或裂缝(seam)。