[发明专利]研磨液

说明书

技术领域

本发明涉及用于半导体器件的制造工序的研磨液，详细地说，涉及半导体器件的布线工序中的平坦化中用于研磨主要由阻挡金属材料构成的阻挡层的研磨液。

背景技术

在以半导体集成电路(以下记为LSI)为代表的半导体器件的开发中，为了实现小型化、高速化，对基于布线的微细化和层叠化的高密度化、高集成化的需要从未间断过。作为达到该目的的技术，以往采用的是化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，以下记为CMP)等各种技术。该CMP是实施层间绝缘膜等被加工膜的表面平坦化、插头(plug)的形成、埋入式金属布线的形成等时的必要技术，通过该技术可以对基板实施平滑化，除去形成布线时多余的金属薄膜，除去绝缘膜上多余的阻挡层等。

CMP的常规方法中，在圆形的研磨盘(platen)上粘贴研磨垫后，用研磨液浸渍研磨垫表面，之后向研磨垫按压基板(晶片)表面，并在其背面施加规定的压力(研磨压力)，在此状态下使研磨盘和基板进行旋转，通过产生的机械摩擦使基板表面达到平坦化。

当制造LSI等半导体器件时，在多个层上形成微细的布线，在各层上形成Cu等金属布线时，需要预先形成Ta或TaN、Ti、TiN等阻挡金属层，以防止布线材料扩散至层间绝缘膜、或者提高布线材料与基板的密合性等。

各布线层的形成通常包含以下工序：首先进行除去经镀覆法形成的多余的布线材料的、金属膜的CMP(以下称为“金属膜CMP”)，该工序可用一个阶段进行或者分为多个阶段进行。接下来的工序，是除去由此露出于表面的阻挡金属材料(阻挡金属)的CMP(以下记为“阻挡金属CMP”)。但是，金属膜CMP有可能引起如下的问题：如布线部分被过度研磨而形成表面凹陷(dishing)，或进一步产生侵蚀(erosion)等问题。

为减少该表面凹陷，在金属膜CMP之后进行的阻挡金属CMP中，需要调整金属布线部分的研磨速度和阻挡金属部分的研磨速度，最终形成表面凹陷或侵蚀等的高差少的布线层。即，在阻挡金属CMP中，当阻挡金属或层间绝缘膜的研磨速度与金属布线材料相比相对较小时，由于容易产生布线部分被快速研磨等表面凹陷以及作为其结果的侵蚀，所以阻挡金属和层间绝缘膜的研磨速度较大为宜。这是因为此时不仅可以提高阻挡金属CMP的处理量，而且还可以满足阻挡金属和绝缘膜层的研磨速度相对要高的要求，这些速度相对要高的原因是基于上述的理由实际上表面凹陷大多起因于金属膜CMP。

用于CMP的金属用研磨溶液，通常含有磨粒(氧化铝、二氧化硅)和氧化剂(例如为过氧化氢、过硫酸)。其基本机理被认为是：由氧化剂氧化金属表面后用磨粒除去该氧化被膜，由此进行研磨。

但是，使用该含固体磨粒的研磨液进行CMP时，有可能发生以下问题：如研磨伤(擦伤)、研磨面全部被过渡研磨的现象(シニング)、研磨金属表面弯曲为皿状的现象(dishing)、金属布线间的绝缘体被过渡研磨后多个布线金属表面弯曲成皿状的现象(侵蚀)等。

另外，使用含固体磨粒的研磨液会存在如下问题，即，在研磨后为了除去残留在半导体表面的研磨液而通常进行的冲洗工序变得复杂，而且为处理该冲洗后的液体(废液)需要对固体磨粒进行沉降分离等，因此成本方面存在问题。

对于如上所述的含固体磨粒的研磨液，目前为止进行过以下的各种研究。

例如提出了在几乎不产生研磨伤的情况下进行高速研磨为目的的CMP研磨剂及研磨方法(例如参考专利文献1)、改善了CMP中的清洗性的研磨组合物及研磨方法(例如，参考专利文献2)、及以防止研磨磨粒的凝集为目的的研磨组合物等(例如，参考专利文献3)。

[专利文献1]特开2003-17446公报

[专利文献2]特开2003-142435公报

[专利文献3]特开2000-84832公报

另外，近年来使用介电常数较低且强度小的绝缘膜(Low-k膜)逐渐变成了一种趋势。这是因为在最尖端的设备中布线间的距离较近，因此使用介电常数高的绝缘膜时会导致布线间的电性不良。但这样的Low-k膜因强度非常小而存在在CMP的加工中有可能被过量地削磨的问题。

针对这样的问题，至今还没有出现研磨阻挡层时将对于被研磨膜的研磨速度维持在高研磨速度、且可以充分抑制对于低介电常数的Low-k膜的研磨速度的技术。

发明内容