[发明专利]金属抛光液和抛光方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属抛光液以及使用该金属抛光液的抛光方法，更详细地，涉及一种用于半导体器件制造中的布线工艺的金属抛光液以及使用该金属抛光液的抛光方法。

背景技术

近来，在由半导体集成电路(以下，适当地称作“LSI”)代表的半导体器件的发展中，为了实现更小尺寸和更高速度，要求通过布线和层叠的小型化实现更高致密化和更高的集成。作为用于此的技术，正在使用各种技术如化学机械抛光(以下，适当地称作“CMP”)。CMP是在使衬底变平滑并且形成布线时，用于将半导体器件制造中的绝缘薄膜(SiO₂)和布线中所用的金属薄膜抛光以除去多余的金属薄膜的方法(参见，例如美国专利4944836)。

在CMP中使用的金属抛光液通常包括磨料粒(比如氧化铝)和氧化剂(比如过氧化氢)。通过CMP抛光的机理被认为是氧化剂氧化金属表面，并且通过磨料粒除去氧化物膜以进行抛光(参见，例如，电化学协会期刊(Journal of Electrochemical Society)，138卷(11)，3460至3464页(1991))。

然而，当将CMP通过使用含有这样的固体磨料粒的金属抛光液而使用时，在一些情况下，可能导致：抛光划痕；其中将整个抛光表面过分抛光的现象(变薄)；其中被抛光的金属表面不平，即只有中心部分被抛光得更深以致形成盘状凹面的现象(表面凹陷)；或其中将在金属布线之间的绝缘材料过分抛光并且多个布线金属表面形成盘状凹面的现象(侵蚀)。

而且，当使用含有固体磨料粒的金属抛光液时，在通常用于除去残留在抛光的半导体表面上的抛光液的清洗处理中，该清洗处理变得复杂，而且，为了处理洗涤后的液体(废液)，必须将固体磨料粒沉降和分离；因此，出于成本的观点，是有问题的。

为了克服常规磨料粒的这些问题，例如，公开了一种将不含磨料粒的抛光液与干法蚀刻组合的金属表面抛光方法(参见，例如电化学协会期刊(Journal of Electrochemical Society)，147卷(10)，3907至3913页(2000))。而且，作为不含磨料粒的金属抛光液，公开了由过氧化氢/苹果酸/苯并三唑/聚丙烯酸铵和水制成的金属抛光液，以及使用该金属抛光液的抛光方法(参见，例如日本专利申请公开(JP-A)No.2001-127019)。根据在这些文件中描述的抛光方法，将半导体衬底的凸部的金属膜选择性地进行CMP，并且留下凹部的金属膜以形成所需的导体图案。然而，因为CMP是因使用在机械上远比含有磨料粒的常规抛光液更柔软的抛光垫(polishing pad)的摩擦而进行的，所以存在难以获得足够的抛光速度的问题。

作为布线金属，迄今为止通常将钨和铝用于互连结构。然而，为了获得更高的性能，已经开发了使用在布线电阻方面低于这些金属的铜的LSI。作为用于将铜布线的方法，例如，JP-A No.2-278822中公开的金属镶嵌(damascene)方法是已知的。此外，广泛使用双金属镶嵌方法，其中在夹层绝缘膜中同时形成接触孔和布线凹槽，并且将金属埋入两者中。作为用于这种铜布线的靶材，已经采用了具有5个九以上的高纯度的铜靶。但是，最近，随着将布线小型化以进行进一步的致密化，需要改善铜布线的导电率和电特性；因此，正在研究向高纯度铜中加入第三组分的铜合金。同时，需要一种能够在不污染所述高精度和高纯度材料的情况下表现出高生产率的高性能金属抛光手段。

而且，最近，为了提高生产率，在制备LSI时的晶片直径在增大。目前，通常使用200mm以上的直径，并且也已经开始300mm以上大小的生产。当晶片直径如此变大时，在晶片的中心部分和周边部分趋向于产生抛光速度的差异；因此，在抛光中均匀性的实现变得重要。

作为对铜和铜合金不采用机械抛光手段的化学抛光方法，已知的是使用化学溶剂作用的方法(参见例如，JP-A No.49-122432)。但是，相比于凸部的金属膜被选择性化学机械抛光的CMP，在只依赖于化学溶剂作用的化学抛光方法中，凹部被抛光，即，产生表面凹陷；因此，存在关于平面度的大问题。

而且，公开了一种用于化学机械抛光的水分散体成分(element)，它包括抑制抛光垫劣化的有机化合物(参见例如，JP-A No.2001-279231)。然而，即使当使用该抛光水分散体成分时，也仍然存在以下担心：可能产生表面凹陷现象，在该现象中，布线部分的金属被过度抛光至如盘子那样挖空。