ＣＭＰ用研磨液及研磨方法技术

本发明专利技术提供一种ＣＭＰ用研磨液，其特征在于，其是在第１化学机械研磨工序后，在第２化学机械研磨工序中使用的ＣＭＰ用研磨液，所述工序研磨的基板包含：表面包括凹部和凸部的层间绝缘膜、沿表面覆盖所述层间绝缘膜的阻挡层、填充所述凹部而覆盖阻挡层的导电性物质层，其中，第１化学机械研磨工序为：研磨基板的导电性物质层，使所述凸部的阻挡层露出，第２化学机械研磨工序为：研磨露出的阻挡层，使得所述凸部的层间绝缘膜露出；其中，研磨量（Ａ）与研磨量（Ｂ）的差（Ｂ）－（Ａ）为６５０以下，所述研磨量（Ａ）是形成于所述基板的层间绝缘膜部具有１０００μｍ以上宽度的场部的层间绝缘膜的研磨量；所述研磨量（Ｂ）是形成于所述基板的宽９０μｍ的配线金属部与宽１０μｍ的层间绝缘膜交互排列的条纹状图形部的层间绝缘膜的研磨量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及CMP用研磨液以及研磨方法。
技术介绍
近年来，随着半导体集成电路(以下记作LSI)的高集成化、高性能化而 开发新的微细加工技术。化学机械研磨(以下记作CMP)法也是其中之一， 其是被频繁使用在LSI制造工序中、特别是在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、埋入式配线的形成中的技术。此项技 术例如公开在美国专利第4944836号说明书中。另外，最近为了使LSI高性能化，人们尝试着使用铜或铜合金作为成为配 线材料的导电性物质。但铜或铜合金难以通过以往铝合金配线形成中频繁使用 的干式蚀刻法进行;微细加工。因此，主要采用所谓的镶嵌(夕、、7、乂y) (damascene)法，即在预先形成 有沟槽的绝缘膜上堆积铜或铜合金的薄膜进行埋入，通过CMP除去沟槽部以 外的上述薄膜，形成埋入式配线。此项技术例如公开在日本专利第1969537 号说明书中。研磨铜或铜合金等配线部用金属的金属CMP的一般方法是，在圆形的研 磨盘(platen)上贴附研磨布(垫)， 一边用金属用研磨液浸渍研磨布表面，一 边将基板的形成有金属膜的面压在研磨布表面，在从研磨布的背面向金属膜施 加规定的压力(以下记作研磨压力)的状态下转动研磨盘，利用研磨液与金属 膜的凸部间的相对机械摩擦除去凸部的金属膜。用于CMP的金属用研磨液一般含有氧化剂、研磨粒子及水组成，根据需 要还可以进一步添加氧化金属溶解剂、保护膜形成剂等。认为其基本机制是 首先利用氧化剂将金属膜表面氧化形成氧化层，再利用研磨粒子磨去该氧化 层。因凹部的金属膜表面的氧化层不太接触研磨垫，不会产生利用研磨粒子磨 去氧化层的效果，所以，在进行CMP的同时，除去凸部的金属膜的氧化层而使基板表面平坦化。关于其详细内$^>开于日本期刊《-亇一于/k才:/'工i/夕卜口^r^;力/py寸工亍—誌(电化学会志)》(Journal of Electrochemical Society)第138巻11号(1991年发行)第3460~3464页。作为提高CMP研磨速度的方法，在金属用研磨液中添加氧化金属溶解剂 是有效的。可解释为这是由于使利用研磨粒子磨去的金属氧化物的颗粒在研 磨液中溶解(以下记作蚀刻)了，因而提高了利用研磨粒子磨去的效果。虽然 通过配合氧化金属溶解剂提高了 CMP的研磨速度，但另一方面， 一旦凹部的 金属膜表面的氧化层也被蚀刻而使金属膜表面露出，则金属膜表面就会被氧化 剂进一步氧化，这种情况反复发生时，就会使凹部的金属膜发生蚀刻。因此， 研磨后埋入的金属配线的表面中央部发生象碟子一样洼陷的现象(以下记作 碟陷)，损害平坦化效果。为了防止这种现象发生，进一步在金属用研磨液中添加保护膜形成剂。保 护膜形成剂在金属膜表面的氧化层上形成保护膜，防止氧化层^皮蚀刻。希望该 保护膜可通过研磨粒子容易地磨去，而不降低CMP的研磨速度。为了抑制金属膜的碟陷或蚀刻而形成可靠性高的LSI配线，提倡使用包含 作为氧化金属溶解剂的氨基乙酸和/或酰胺硫酸、作为保护膜形成剂的苯并三 唑的CMP用研磨液的方法。该技术例如记载在日本专利第3397501号公报中。另一方面，在铜或铜合金等配线部用金属的下层形成有例如钽、钽合金、 氮化钽等导体构成的层，作为用于防止金属向层间绝缘膜中扩散或提高密合性 的阻挡导体层(以下也称作阻挡层)。因此，除了埋入铜或铜合金等配线部用 金属的配线部以外，必须通过CMP除去露出的阻挡层。但是，由于这些阻挡 层的导体与铜或铜合金相比硬度要高，即使将铜或铜合金用研磨材料组合也得不到足够的研磨速度，且被研磨面的平坦性常常变差。因此，正在研究包括由 研磨配线部用金属的第l化学机械研磨工序和研磨阻挡层的第2化学机械研磨 工序构成的2段式工序的研磨方法。在研磨阻挡层的第2化学机械研磨工序中，为了提高被研磨面的平坦性， 也必须研磨层间绝缘膜。虽然层间绝缘膜的主流为氧化硅膜，但近年来为了使 LSI高性能化，人们尝试着使用比氧化硅膜的介电常数还低的硅系材料或有机 聚合物(例如，参照日本专利特开2001 -049184号公l艮)。进行第1化学机械研磨工序，即研磨基板的导电性物质层而使下述凸部的 阻挡层露出，所述基板具有表面包括凹部及凸部的层间绝缘膜、沿着表面覆盖 上述层间绝缘膜的阻挡层和填充上述凹部覆盖阻挡层的导电性物质层，在进行 该第1化学机械研磨工序时，与基板上特别是配线金属部的宽度比层间绝缘膜部的宽度小的图形部所谓配线金属部的密度低的图形部(例如，宽度100pm 的配线金属部与宽度lOOjim的层间绝缘部交互排列的条紋状图形部)相比较， 基板上特别是配线金属部的宽度比层间绝缘膜部的宽度大的图形部所谓配线 金属部的密度高的图形部(例如，宽度90(xm的配线金属部与宽度10^im的层 间绝缘部交互排列的条紋状图形部)容易发生碟陷。由于碟陷的发生，配线金 属部密度高的图形部的层间绝缘膜部比配线金属部更容易形成凸状。上述第l化学机械研磨工序后，进行第2化学机械研磨工序，即使用以往 公知的金属膜用研磨液，研磨阻挡层使凸部的层间绝缘膜露出的工序。在第2 化学机械研磨工序中，为了抑制研磨损伤的发生，推荐使用作为软质研磨垫的 市售黑色山羊皮(suede)状聚氨酯湿式发泡型垫Supreme RN - H Politex (罗 门哈斯公司制造)进行研磨的方法。但是，上述配线金属部的密度高的图形部 的层间绝缘膜部被上述软质研磨垫按压时，由于碟陷的产生引起比配线金属部 形成凸状的宽度细的层间绝缘膜与上述软磨垫接触。配线金属部的密度高的图 形部与场(部及配线金属部的密度低的图形部相比，由于在施加很大力的状态 下进行研磨，因此产生了上述配线金属部密度高的图形部的层间绝缘膜的研磨 量与场(7 V —少K) (field)部的层间绝缘膜的研磨量的差(以下记作磨蚀 erosion)。因此，损害了被研磨面的平坦性，在配线构造体基板上产生表面段 差，在微细配线的形成必不可少的可靠性高的高精能半导体元件制造中，存在 不能得到所要求的高平坦性的问题。本专利技术鉴于上述问题，在第2化学机械研磨工序时，通过减轻加在配线金 属部密度高的图形部与上述研磨垫之间的压力，提供可使上述磨蚀变小的 CMP用研磨液。另外，本专利技术提供在微细化、薄膜化、尺寸精度优异、可靠性高、低成本 的半导体元件等制造中的研磨方法。
技术实现思路
7本专利技术涉及(1) 一种CMP用研磨液，其是在第1化学机械研磨工序后， 在第2化学机械研磨工序中使用的CMP用研磨液，所述工序研磨的基板包含 表面包括凹部和凸部的层间绝缘膜、沿表面覆盖所述层间绝缘膜的阻挡层、填 充所述凹部而覆盖阻挡层的导电性物质层，其中，第l化学机械研磨工序为 研磨基板的导电性物质层，使所述凸部的阻挡层露出的工序，第2化学机械研 磨工序为在将所述基板按压在聚氨酯湿式发泡型研磨垫上的状态下， 一边在 上述垫与基板之间供给研磨液， 一边通过使研磨盘与上述基板相对运动，研磨 在上述第1化学机械研磨工序中露出的阻挡层，使得上述凸部的层间绝缘膜露 出的工序；其特征在于，场部的层间绝缘膜的研磨量(A)与条紋状图形部的层间绝 缘膜的研磨量(B)之间的差(B) - (A)为650A以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＣＭＰ用研磨液，其特征在于，其是在第１化学机械研磨工序后，在第２化学机械研磨工序中使用的ＣＭＰ用研磨液，所述工序研磨的基板包含：表面包括凹部和凸部的层间绝缘膜、沿表面覆盖所述层间绝缘膜的阻挡层、填充所述凹部而覆盖阻挡层的导电性物质层，其中，第１化学机械研磨工序为：研磨基板的导电性物质层，使所述凸部的阻挡层露出，　第２化学机械研磨工序为：在将所述基板压在聚氨酯湿式发泡型研磨垫上的状态下，一边在所述垫与基板之间供给研磨液，一边通过使研磨盘与上述基板相对运动，研磨在所述第１化学机械研磨工序中露出的阻挡层，使得所述凸部的层间绝缘膜露出；　其中，场部的层间绝缘膜的研磨量（Ａ）与条纹状图形部的层间绝缘膜的研磨量（Ｂ）之间的差（Ｂ）－（Ａ）为６５０＊以下，　其中，该研磨量（Ａ）是形成在所述基板上的层间绝缘膜部的宽度在１０００μｍ以上的场部的层间绝缘膜的研磨量为４００以上时的场部的层间绝缘膜的研磨量，　该研磨量（Ｂ）是，形成在所述基板上的层间绝缘膜部的宽度在１０００μｍ以上的场部的层间绝缘膜的研磨量为４００＊以上时，形成在所述基板上的宽度为９０μｍ的配线金属部与宽度为１０μｍ的层间绝缘膜部交替排列而成的总宽度在１０００μｍ以上的条纹状图形部的层间绝缘膜的研磨量。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2006-4-24 119086/20061. 一种CMP用研磨液，其特征在于，其是在第1化学机械研磨工序后，在第2化学机械研磨工序中使用的CMP用研磨液，所述工序研磨的基板包含表面包括凹部和凸部的层间绝缘膜、沿表面覆盖所述层间绝缘膜的阻挡层、填充所述凹部而覆盖阻挡层的导电性物质层，其中，第1化学机械研磨工序为研磨基板的导电性物质层，使所述凸部的阻挡层露出，第2化学机械研磨工序为在将所述基板压在聚氨酯湿式发泡型研磨垫上的状态下，一边在所述垫与基板之间供给研磨液，一边通过使研磨盘与上述基板相对运动，研磨在所述第1化学机械研磨工序中露出的阻挡层，使得所述凸部的层间绝缘膜露出；其中，场部的层间绝缘膜的研磨量(A)与条纹状图形部的层间绝缘膜的研磨量(B)之间的差(B)-(A)为650以下，其中，该研磨量(A)是形成在所述基板上的层间绝缘膜部的宽度在1000μm以上的场部的层间绝缘膜的研磨量为400以上时的场部的层间绝缘膜的研磨量，该研磨量(B)是，形成在所述基板上的层间绝缘膜部的宽度在1000μm以上的场部的层间绝缘膜的研磨量为400以上时，形成在所述基板上的宽度为90μm的配线金属部与宽度为10μm的层间绝缘膜部交替排列而成的总宽度在1000μm以上的条纹状图形部的层间绝缘膜的研磨量。2. 根据权利要求1所述的CMP用研磨液，含有具有减少所述研磨量的差 (B) - (A)的作用的添加剂。3. 根据权利要求2所述的CMP用研磨液，所述添加剂为有机溶剂。4. 根据权利要求2所述的CMP用研磨液，所述添加剂为重均分子量500 以上的水溶性聚合物。5. 根据权利要求2所述的CMP用研磨液，所述添加剂包含有机溶剂和重 均分子量500以上的水溶性聚合物。6. 根据权利要求3所述的CMP用研磨液，所述有机溶剂为选自二醇单醚类、酮类及醇类中的至少一种。7. 根据权利要求3所述的CMP用研磨液，所述有机溶剂为选自二醇类中 的至少一种。8. 根据权利要求4或5所述的CMP用研磨液，所述水溶性聚合物为选自 多糖类、聚羧酸、聚羧酸酯、聚羧酸的盐及乙烯系聚合物中的至少一种。9. 根据权利要求1所述的CMP用研磨液，包含研磨粒子和水。10. 根据权利要求9所述的CMP用研磨液，所述研磨粒子为选自二氧化 硅、氧化铝、二氧化铈、二氧化钬、氧化锆及氧化锗中的至少一种。11. 根据权利要求1所述的CMP用研磨液，包含氧化金属溶解剂。12. 根据权利要求11所述的CMP用研磨液，所述氧化金属溶解剂为选自 有机酸、有机酸酯、有机酸的铵盐及无机酸中的至少一种。13. 根据权利要求1所述的CMP用研磨液，包含金属防蚀剂。...

【专利技术属性】
技术研发人员：筱田隆，野部茂，田中孝明，
申请(专利权)人：日立化成工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]