[发明专利]金属用研磨液及其应用

说明书

本申请是原申请的申请日为2008年2月22日，申请号为200880005185.8，发明名称为《金属用研磨液以及研磨方法》的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种金属用研磨液以及研磨方法。

背景技术

近年来，随着半导体集成电路（以下，称为LSI）的高集成化、高性能化，开发出新的微细加工技术。化学机械研磨（以下，记为CMP）法是其中之一，是一种频繁地利用在LSI制造工序，特别是多层配线形成工序中的层间绝缘膜的平坦化、金属插塞（plug）的形成、埋入配线的形成中的技术。该技术例如公开在美国专利第4944836号说明书中。

另外，最近为了将LSI高性能化，试图利用铜或铜合金作为配线材料的导电性物质。但是，铜或铜合金难于用于通过以往的铝合金配线的形成中被频繁使用的干蚀刻法而进行的微细加工中。在这里，主要采用所谓的镶嵌（damascene）法，即，在预先形成有槽的绝缘膜上堆积铜或铜合金的薄膜而进行埋入，通过CMP除去槽部以外的所述薄膜，形成埋入配线。该技术例如公开在日本特开平2-278822号公报中。

研磨铜或铜合金等配线部用金属的CMP的一般的方法是：在圆形的研磨盘（platen）上粘贴研磨垫，将研磨垫表面浸渍在金属用研磨液中，压住基板的形成有金属膜的面，在从研磨垫的背面施加规定的压力（以下，记为研磨压力）的状态下，转动研磨平台，通过研磨液和金属膜的凸部之间的机械摩擦来除去凸部的金属膜。

CMP中使用的金属用研磨液，一般由氧化剂、研磨粒和水组成，根据需要还可以进一步添加氧化金属溶解剂和金属防锈剂等。认为其基本的机理是：首先，由氧化剂氧化金属膜表面形成氧化层，然后由研磨粒削除该氧化层。由于凹部的金属膜表面的氧化层不太接触研磨垫，达不到被研磨粒削除的效果，因此，随着CMP的进行，凸部的金属膜被除去，基板表面被平坦化。关于其详细的记载公开在电化学学会志（Journal of Electrochemical Society）的第一38卷11号（1991年发行）的3460～3464页。

作为提高CMP的研磨速度的方法，添加氧化金属溶解剂是有效的。可以解释为原因是：被研磨粒削除的金属氧化物的粒子如果溶解在研磨液中，则由研磨粒得到的削除效果增加。虽然通过氧化金属溶解剂的添加提高了CMP的研磨速度，但是，另一方面，若凹部的金属膜表面的氧化层也被溶解，露出金属膜表面，则金属膜表面被氧化剂进一步氧化，如果这样反复，就不断进行凹部的金属膜的溶解。由此，在研磨后，埋入有金属配线的表面中央部分产生像碟子似的下陷现象（以下，称为碟陷（dishing）），损害平坦化效果。

为了防止该现象，在金属用研磨液中进一步添加金属防锈剂。金属防锈剂为在金属膜表面的氧化层上形成保护膜，防止氧化层被蚀刻的物质。

希望该保护膜可以被研磨粒容易地削除，不降低CMP的研磨速度。

为了抑制金属膜的碟陷或蚀刻，形成可靠性高的LSI配线，提倡一种使用含有氧化金属溶解剂和作为金属防锈剂的苯并三唑的金属用研磨液，其中，氧化金属溶解剂含有甘氨酸等氨基乙酸或酰氨基硫酸。该技术例如记载在特开平8-83780号公报中。

在铜或铜合金等的配线部用金属的下层，为了防止金属向层间绝缘膜中扩散或提高与层间绝缘膜间的密合性，形成例如含有钽、钽化合物等的导体的层作为阻挡层。因此，在埋入有铜或铜合金等的配线部用金属的配线部分以外，需要通过CMP除去所露出的阻挡层。但是，这些阻挡层的导体与铜或铜合金相比，由于硬度高，大多数情况为在铜或铜合金用的研磨材料的组合中得不到充分的研磨速度，且被研磨面的平坦性变差。因此，研究了由研磨铜或铜合金等配线部用金属的第一CMP研磨工序和研磨阻挡层的第2CMP研磨工序组成的2阶段研磨方法。

对于研磨阻挡层的第2CMP研磨工序中使用的金属用研磨液，为了提高被研磨面的平坦化，有时需要研磨作为层间绝缘膜的硅系被膜或有机聚合物膜。为了提高层间绝缘膜的研磨速度，提出了加大含在金属用研磨液中的研磨粒的粒径来进行研磨的方法，但是，存在有在被研磨面上产生研磨伤痕，成为电特性不良的原因这样的问题。另外，有由CMP后的洗净不充分而产生这样的电特性不良的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属用研磨液，该金属用研磨液的层间绝缘膜的研磨速度大，在被研磨面上不产生研磨伤痕，且被研磨面的平坦性高。另外，本发明的目的还在于提供一种使用该金属用研磨液，在微细化、薄膜化、尺寸精度以及电特性上优异，可靠性高，且适于低成本的半导体装置的研磨方法。