[发明专利]CMP研磨液及其应用、研磨方法

说明书

本申请是申请号为2010800229881的专利申请的分案申请，母案申请日为2010年8月16日，母案发明名称为“CMP研磨液和研磨方法”。

技术领域

本发明涉及半导体基板的布线形成工序等的研磨中所使用的CMP研磨液和研磨方法。

背景技术

近年来，伴随着半导体集成电路(以下称为LSI)的高集成化、高性能化而开发出新的微细加工技术。化学机械研磨(以下称为CMP)法也是其中之一，LSI制造工序特别是在多层布线形成工序中的层间绝缘膜的平坦化、金属插塞形成、埋入布线形成中被频繁利用的技术。该技术公开在专利文献1中。

另外，最近为了使LSI高性能化，作为构成布线材料的导电性物质，尝试利用铜和铜合金。但是，对于铜和铜合金，很难通过在现有的铝合金布线的形成中被频繁使用的干蚀刻法进行微细加工。

因此，主要采用的是所谓的镶嵌(damascene)法，即在预先形成有沟槽的绝缘膜上沉积并埋入铜或铜合金的薄膜，通过CMP除去沟槽部以外的所述薄膜而形成埋入布线的方法。该技术例如公开在专利文献2中。

对铜或铜合金等作为布线用金属所使用的导电性物质进行研磨的金属的CMP的一般性的方法，是在圆形的研磨定盘(压磨板)上粘贴研磨布(研磨垫)，一边用CMP研磨液浸渍研磨布表面，一边将形成于基板上的金属膜按压在研磨布表面，从研磨布的背面对金属膜施加规定的压力(以下称为研磨压力)，以此状态旋转研磨定盘，通过CMP研磨液与金属膜的凸部的相对性地机械的摩擦，除去凸部的金属膜。

金属的CMP所使用的CMP研磨液，一般含有氧化剂和磨粒，根据需要，再添加氧化金属溶解剂、保护膜形成剂。其基本原理被认为是，首先，利用氧化剂使导电性物质表面氧化，再由磨粒削去生成的导电性物质氧化膜。

由于凹部的表面的导电性物质氧化膜不怎么与研磨布接触，磨粒起不到削去的效果，因此随着CMP的进行，凸部的导电性物质被除去，由此基板表面被平坦化。关于其详情，例如公开在非专利文献1中。

作为提高CMP的研磨速度的方法，认为有效的是添加氧化金属溶解剂。这被解释为，因为使被磨粒削去的导电性物质氧化物的颗粒溶解(以下称为蚀刻)在CMP研磨液中时，由磨粒得到的削去效果增加。

通过氧化金属溶解剂的添加，CMP的研磨速度提高，但另一方面，凹部的导电性物质氧化物也被蚀刻，导电性物质表面露出时，导电性物质表面被氧化剂进一步氧化。若其反复进行，则会进行凹部的导电性物质的蚀刻。因此研磨后埋入的导电性物质的表面中央部分发生像碟子一样下陷的现象(以下称为碟陷(dishing))，平坦化效果受损。

为了防止上述问题，已知有进一步添加保护膜形成剂。保护膜形成剂在导电性物质表面的氧化膜上形成保护膜，防止氧化膜向CMP研磨液中的溶解。优选该保护膜可以通过磨粒而容易地削去，且不会使CMP的研磨速度降低。

为了抑制导电性物质的碟陷、研磨中的腐蚀，以形成可靠性高的LSI布线，提倡的方法是，使用从氨基乙酸或磺酸胺中选择的氧化金属溶解剂和含有BTA(苯并三唑)作为保护膜形成剂的CMP研磨液，该技术例如记载于专利文献3中。

另一方面，如图1(a)所示，在由铜或铜合金等的布线用金属构成的导电性物质3的下层，形成有导体阻挡膜(以下称为阻挡膜)2，其用于防止铜向层间绝缘膜1中的扩散和密合性的提高。因此，在埋入导电性物质的布线部以外，需要通过CMP去除露出的阻挡膜2。但是，用于这些阻挡膜2的导体比导电性物质硬度高，因此即使组合导电性物质用的研磨材料，也无法得到充分的研磨速度，并且多有平坦性变差的情况。

因此，研究了分成如下两个阶段的研磨方法，即，从图1(a)所示的状态至图1(b)所示的状态研磨导电性物质3的“第一研磨工序”，和从图1(b)所示的状态至图1(c)所示的状态研磨阻挡膜2的“第二研磨工序”。另外，在所述第二研磨工序中，为了使研磨结束后的表面的平坦性提高，一般会对层间绝缘膜1的凸部的一部分进行研磨，这称为“过度研磨”。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第4944836号说明书

专利文献2：日本专利第1969537号公报

专利文献3：日本专利第3397501号公报

非专利文献

非专利文献1：电化学学会志(Journal of Electrochemical Society)，1991年，第138卷，11号，p.3460-3464

发明要解决的问题