[发明专利]抛光液

说明书

技术领域

本发明涉及一种在制备半导体器件的工艺中使用的抛光液。

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度。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进行衬底的平滑和从布线形成物上将过量金属薄膜除去，以及将在绝缘膜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，将衬底(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和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，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。

为了减少这样的表面凹陷，在这种在金属膜CMP之后的阻挡层金属CMP中，应当形成这样的布线层，在该布线层中，由于表面凹陷、侵蚀等引起的水平差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最终降低。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，表面凹陷通常由金属膜CMP造成。

CMP中采用的金属抛光液通常包括磨料粒(例如，氧化铝或二氧化硅)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，即使采用如上所述的抛光液，仍然没有获得可以实现在抛光必要层时高的抛光速率，并且能够抑制由固体磨料粒的聚集而引起的擦伤的技术。

特别是，近年来，随着布线进一步微型化，已经开始将介电常数比通常使用的夹层绝缘膜比如TEOS更低的低介电常数材料用作绝缘膜。这种类型的绝缘膜被称为低k膜，所述低k膜由例如有机聚合物基材料，SiOC基材料或SiOF基材料制成，并且通常通过将其与绝缘膜层压而使用。然而，这种类型的绝缘膜的强度比现有的绝缘膜更低；因此，在CMP方法中，诸如过度抛光和擦伤的问题更加显著。

发明内容

本发明是考虑到上述情形做出的。

根据本发明的一个方面，提供一种用于抛光半导体集成电路的阻挡层的抛光液。所述抛光液包含季铵阳离子、腐蚀抑制剂、在末端具有磺基的聚合物、无机粒子和有机酸。所述抛光液的pH值在1至7的范围内。

具体实施方式

下文中，将描述本发明的具体实施方案。