[发明专利]抛光液及使用该抛光液的抛光方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在制造半导体器件中采用的抛光液。更具体而言，本 发明涉及一种在半导体器件上形成布线(wiring line)的工艺过程中为了平 坦化而优选用于抛光主要使用钌作为阻挡层金属的基板的阻挡层的抛光 液。

背景技术

近年来，在半导体器件如半导体集成电路(下文中，称作“LSI”)的发展 中，为了使这样的器件小型化并提高它们的速度，已经通过降低布线的厚 度以及形成多层布线来寻求提高的密度和集成。而且，为了实现这种目的， 已经采用了各种技术，如化学机械抛光(下文中称作“CMP”)等。对于加工 层如夹层绝缘膜的表面平坦化、对于插头的形成、对于埋入金属布线的形 成等，CMP是必要的技术，并且CMP进行基板的平滑和从布线形成上将 过量金属薄膜除去，以及将在绝缘膜的表面上的过量阻挡层除去。

CMP的常规方法是这样的方法：将抛光垫固定在圆形抛光工作台(抛 光台板)的表面上，用抛光液浸渍抛光垫的表面，将基板(晶片)的表面按压 到垫上，然后将抛光台板和晶片同时旋转，同时从它们的背侧施加预定量 的压力(抛光压力)，从而使得晶片的表面通过由此产生的机械磨损而被平 坦化。

当制备半导体器件如LSI时，在多个布线层内形成细线，并且当在这 些层中的每一个内形成如铜的金属布线时，预形成如Ta、TaN、Ti或TiN 的阻挡层金属，以防止布线材料扩散到一个或多个夹层绝缘膜内，以及提 高布线材料的粘附。

为了形成各个布线层，通常地，首先在一个阶段或多个阶段进行对金 属膜的CMP处理(下文中，称作“金属膜CMP”)，以将过量的通过电镀等 沉积的布线材料移除，之后，进行CMP处理，以将已经暴露在金属膜表 面上的阻挡层金属材料(阻挡层金属)移除(下文中，称作“阻挡层金属 CMP”)。然而，金属膜CMP可能引起过度抛光，这种过度抛光被称作表 面凹陷，以及引起布线部分侵蚀的发生。

为了降低这样的表面凹陷，在这种在金属膜CMP之后的阻挡层金属 CMP中，应当形成布线层，在该布线层中，由于表面凹陷、侵蚀等引起 的水平面差最终通过调节金属布线部分的抛光速率和阻挡层金属部分的 抛光速率而降低。具体地，在阻挡层金属CMP中，因为当与金属布线材 料的抛光速率相比，阻挡层金属和夹层绝缘膜的抛光速率较低时，可能产 生由于布线部分的过度抛光所带来的表面凹陷以及由表面凹陷所引起的 侵蚀，所以优选的是，阻挡层金属和绝缘层的抛光速率适度地高。这样不 仅具有提高阻挡层金属CMP的处理量的优点，而且由于上述原因，还需 要相对地提高阻挡层金属和绝缘层的抛光速率，因为在实践中，金属膜 CMP通常会引起表面凹陷。

近年来，随着布线厚度的减小，在保护金属布线的阻挡层中也要求不 降低阻挡效果的更小厚度。结果，钌已经处于研究之中，因为它即使形成 为薄层时也具有优良的阻挡效果。由于与通常用于阻挡层中的钽相比，钌 具有更高的硬度，因此与使用钽时相比，针对阻挡层抛光所特有的问题， 钌被认为显示出更显著的效果。

CMP中采用的金属抛光液通常包括磨料粒(例如，氧化铝或硅石)和氧 化剂(例如，过氧化氢和过硫酸)。据认为基本的抛光机理是：金属表面被 氧化剂氧化，然后将由此形成的氧化膜用磨料粒移除。

然而，当在CMP处理中使用包含这些种类的固体磨料粒的抛光液时， 可能产生如下的问题：例如，抛光损伤(擦伤)、整个抛光表面被过度抛光 的现象(变薄)、抛光金属表面凹陷的现象(表面凹陷)、以及由于在金属布线 层之间放置的绝缘体的过度抛光导致多个金属布线表面凹陷的现象(侵蚀) 等。

而且，存在成本有关的问题，如常规使用的在用含有固体磨料粒的抛 光液进行抛光之后从半导体表面上消除残余抛光液的清洁方法会复杂，例 如要求：当处置这种清洁后的液体(废液)时，必须将固体磨料粒沉淀。

对于含有这种固体磨料粒的抛光液，进行了下列研究。

例如，提出了旨在实现高的抛光速率，而实际上不产生擦伤的CMP 抛光剂和抛光方法(例如，日本专利申请公开2003-17446)；用于提高CMP 的可洗涤性的抛光组合物和抛光方法(例如，日本专利申请公开 2003-142435)；以及旨在防止磨料粒聚集的抛光组合物(例如，日本专利申 请公开2000-84832)。

然而，即使在所述抛光液中，仍然没有用以实现在抛光阻挡层时高的 抛光速率，同时抑制由固体磨料粒的聚集而引起的擦伤的技术。