[发明专利]金属用研磨液及研磨方法

说明书

本申请是国际申请号为PCT/JP99/04694，国家申请号为：99812776.0， 申请日为1999年8月31日，发明创造名称为：金属用研磨液及研磨方 法的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明是关于在半导体装置的配线形成过程中的研磨中，特别适 合使用的金属用研磨液及研磨方法。

背景技术

近年来，伴随半导体集成电路(以下，称为LSI)的高集成化、 高性能化，正在开发新的微细加工技术。化学机械研磨(以下，称为 CMP)法也是其中的一种，是在LSI制造过程，特别是在多层配线形 成过程中的层间绝缘膜的平坦化、金属插头形成、埋入配线形成中频 繁使用的技术。该技术，例如在美国专利第4944836号公报中已公开。

另外，最近为了使LSI高性能化，正尝试利用铜合金作为配线材 料。但是，铜合金难以利用在以往的铝合金配线的形成中频繁使用的 干腐蚀法进行微细加工。因此，主要采用在预先形成沟的绝缘膜上堆 积铜合金薄膜而埋入，利用CMP去除沟部以外的铜合金薄膜，形成埋 入配线的所谓大马士革波形花纹(damascen)法.该技术例如在特开 平2-278822号公报中已公开。

金属的CMP的一般方法是在圆形的研磨底盘(压磨板)上固定研 磨垫，用金属用研磨液浸渍研磨垫，压紧形成基体的金属膜的面，从 其里面以施加规定的压力(以下，称为研磨压力)的状态使研磨底盘 旋转，利用研磨液和金属膜的凸部的机械摩擦，去除凸部的金属膜的 方法。

在CMP中使用的金属用研磨液，一般由氧化剂和固体磨粒组成， 根据需要，还可以添加氧化金属溶解剂、保护膜形成剂。被认为首先 通过氧化使金属膜表面氧化，利用固体磨粒磨去该氧化层的基本机 制。凹部的金属表面的氧化层不太接触研磨垫，达不到利用固体磨粒 磨去的效果，因此随着CMP的进行，去除凸部的金属层，使基体表面 平坦化。关于该详细情况，在Journal of eletrochemical society 杂志第138卷11号(1991年发行)的3460～3464页已描述过。

如果利用固体磨粒磨去的金属氧化物的颗粒通过氧化金属溶解 剂溶解于研磨液中。就增加利用固体磨粒磨去的效果。但是，凹部的 金属膜表面的氧化层也溶解(以下，称为腐蚀)，金属膜表面露出时， 由于氧化剂使金属膜表面进一步氧化，并且其反复进行时，也进行了 凹部的金属膜的腐蚀，因此就有平坦化效果受损的担心。为了防止平 坦化效果受到损害，再添加保护膜形成剂。达到氧化金属溶解剂和保 护膜形成剂的效果平衡是非常重要的，希望金属膜表面的氧化层不太 被腐蚀、磨去的氧化层的颗粒效率良好地被溶解、利用CMP的研磨速 度大。

像这样，通过添加氧化金属溶解剂和保护膜形成剂来增加化学反 应的效果，在提高CMP速度(即由CMP产生的研磨速度)的同时，也 得到减低由CMP引起的金属层表面的损伤的效果。

但是，在使用含有以往的固体磨粒的金属用研磨液，进行利用CMP 的埋入配线形成时，产生以下的问题：(1)埋入的金属配线的表面 中央部分发生各向相同的腐蚀，发生像盘子样的洼下现象(以下称为 洼曲)；(2)发生来自固体磨粒的研磨伤(擦伤)；(3)用于去除 残留在研磨后的基体表面的固体磨粒的洗净过程是复杂的；以及(4) 起因于固体磨粒本身的成本或废液处理的成本提高等。

为了抑制洼曲或研磨中的铜合金的腐蚀、形成可靠性高的LSI配 线，提倡使用含有由甘氨酸等氨基乙酸或者氨基磺酸构成的氧化金属 溶解剂和苯并三唑(以下称为BTA)的金属用研磨液的方法。该技术 例如在特开平8-83780号公报中已有记载。

但是，BTA的保护膜形成效果非常高，因而不仅腐蚀速度，而且 研磨速度也显著地降低。因此，希望在金属用研磨液中使用充分降低 腐蚀速度，而不降低CMP速度的保护膜形成剂。

发明的公开

本发明是提供虽然充分降低腐蚀速度，但维持高的CMP速度，并 且能够形成可靠性高的金属膜的埋入图形的金属用研磨液及研磨方 法。

本发明的金属用研磨液含有用于氧化金属的氧化剂、氧化金属溶 解剂、第1保护膜形成剂、与第1保护膜形成剂不同的第2保护膜形 成剂及水。

保护膜形成剂是在金属表面形成保护膜的保护膜形成剂.