[发明专利]金属研磨液材料、金属研磨液、其制造方法及使用它的研磨方法

说明书

                         技术领域

本发明涉及特别适用于半导体器件装配工序的金属研磨液以及使用该金属研磨液的研磨方法。

                        背景技术

近年来，随着半导体集成电路(以下记作LSI)的高集成化、高性能化而开发出一些新的精细加工技术。化学机械研磨法也是其中之一，该项技术是频繁用在LSI制造工序，特别是用于多层配线形成工序中使层间绝缘膜平坦化、金属接线柱的形成和镶埋配线的形成等上。此项技术例如公开在4944836号美国专利之中。

最近为了使LSI高性能化，人们尝试使用铜合金作为配线材料。但是铜合金很难采用过去形成铝合金配线时频繁使用的干式腐蚀法进行精细加工。其中主要采用所谓“ダマシン”法，即在事先形成沟槽的绝缘膜上堆积埋入铜合金薄膜，利用CMP除去沟槽以外的铜合金薄膜，形成埋设的配线。此项技术例如公开在特开平2-278822号公报上。

金属的CMP的一般方法是，在圆形固定研磨盘(研磨板上)贴附研磨垫，在研磨垫表面浸渍有金属用研磨液，将其压在形成了基体金属膜的表面上，从其里面施加预定压力(以下记作研磨压力)，在此状态下使固定研磨盘旋转，利用研磨液与金属膜凸起部分间产生的机械摩擦作用除去金属凸起部分的方法。

CMP用的金属研磨液，一般由氧化剂和固体磨料组成，必要时还可以添加氧化金属溶解剂和保护膜形成剂。CMP的基本机理是，首先利用氧化作用将金属膜表面氧化，利用固体磨料将该氧化层的磨削除去。处于凹部的金属表面氧化层与研磨垫不接触，没有固体磨料的磨削效果，所以随着CMP的进行而除去处于凸起部位的金属层，因而达到使基体表面平坦化目的。关于其细节，公开在《电化学会志》(Journal of ElectrochemicalSociety)第138卷11号(1991年发行)的3460～3464页上。

为了提高CMP法的研磨速度，一般添加氧化金属溶解剂是有效的。这可以解释为：通过将被固体磨料磨削下来的金属氧化物颗粒溶解在研磨液中，而增加固体磨料的磨削效果。添加氧化金属溶解剂虽然能够提高CMP的研磨速度，但是另一方面处于凹部的金属膜表面的氧化层也被腐蚀(溶解)了。金属膜表面一旦因此而露出，金属膜表面就会被氧化剂进一步氧化，一旦此过程反复出现，就会使处于凹部的金属膜被继续腐蚀。因此添加氧化金属溶解剂的场合下，研磨后就会出现被埋设的金属配线表面中央部分形成凹皿的洼皿现象(以下记作“洼皿现象”)，使平坦化效果降低。为了防止此现象发生，于是再添加保护膜形成剂。在这种金属研磨液中，处于凹部的金属膜表面的氧化层基本上不被腐蚀，但是磨削下来的氧化层颗粒却能有效地被溶解，因而能显著提高CMP的研磨速度，所以说重要的一点是应当综合考虑氧化金属溶解剂和保护膜形成剂的效果。

因此，通过添加氧化金属溶解剂和保护膜形成剂而增加的化学反应效果，在提高CMP速度(采用CMP法的研磨速度)的同时，还能降低金属表面受到CMP的损伤(损坏)，可以得到这双重效果。

然而，用含传统固体磨料的金属研磨液，利用CMP法形成埋设配线的场合下，会产生以下(1)～(4)中所说的问题。

(1)被埋设的金属配线表面中央部位产生等方性腐蚀的凹曲

(2)固体磨料产生研磨损伤(擦伤)

(3)为了除去研磨后残留在基体表面的固体磨料颗粒，需要洗净操作，使工序变得复杂

(4)固体磨料本身的价格和废液处理费用，使成本上升

其他问题还有，金属研磨液大部分是水，需要盛装和搬运容器，在进行输送和研磨时保管和研磨装置也需要储罐等容器，储藏和制造需要相当大的空间，这对向金属研磨液的研磨装置中供液的自动化形成障碍。此外，搬运容器的回收利用也使费用增大。

这些问题可以通过使用不含大量固体磨料的金属研磨液的浓缩液而得到改善。这种方法能降低研磨液制造商的生产成本，结果即使包括稀释浓缩液在内也能使成本降低。而且它优点是，使用浓缩液时，在不必扩大研磨液生产设备的规模，无需新设备投资的情况下，就能大量进行生产。此外考虑到使用浓缩液所能得到的效果，希望能制造10倍以上的浓缩液。

另一方面，为了抑制凹曲现象和研磨中铜合金的腐蚀作用，形成可靠性高的LSI配线，提倡使用其中含有由氨基乙酸等氨基醋酸和酰胺基硫酸组成的氧化金属溶解剂，以及作为保护膜形成剂用苯并三唑(以下记作BTA)的金属研磨液。此项技术例如记载在特开平8-83780号公报之中。