[发明专利]金属用研磨液以及使用该研磨液的研磨方法

说明书

本发明申请是以下PCT国际申请的分案申请：申请日为2005年4月12日，国际申请号为：PCT/JP2005/007065，申请号为：200580010955.4，发明名称为：金属用研磨液以及使用该研磨液的研磨方法。

技术领域

本发明涉及金属用研磨液以及使用该研磨液的研磨方法。

背景技术

近年来，随着半导体集成电路(以下记为LSI)的高集成化、高性能化，开发出了新的微细加工技术。化学机械研磨(以下记述CMP)法就是其中之一，它是一种在LSI制造工序，特别是在多层配线形成工序的层间绝缘膜的平坦化、金属插塞(plug)形成、埋入配线形成等工序中被频繁利用的技术(例如，参照美国专利第4,944,836号说明书)。

并且，最近为了使LSI得以高性能化，尝试着利用铜合金作为配线材料。但铜合金难以采用以往的在铝合金配线形成中频繁使用的干蚀刻法进行微细加工。于是，主要采用例如在预先形成沟的绝缘膜上堆积铜合金薄膜埋入后，由CMP去除沟部以外的铜合金薄膜以形成埋入配线的所谓镶嵌(Damascene)法(例如参照日本国专利特开平2-278822号公报)。

金属的CMP的一般方法是，在圆形的研磨台盘(platen)上贴附研磨垫(pad)，用金属用研磨液浸润该研磨垫表面，按压基板的形成金属膜的面，在从其背面施加规定压力(以下记为研磨压力)的状态下旋转研磨台盘，由研磨液与金属膜的凸部的机械摩擦，去除凸部的金属膜。

CMP中使用的金属用研磨液，一般由氧化剂及研磨粒子构成，根据需要可进一步添加氧化金属溶解剂、保护膜形成剂等。首先通过氧化使金属膜表面氧化，再由研磨粒子消除该氧化层，被认为是其基本机理。由于凹部的金属表面的氧化层基本上触及不到研磨垫，从而由研磨粒子的削取效果就涉及不到，因此在进行CMP的同时凸部的金属层被去除，而使基板表面得以平坦化(例如，参照F.B.Kaufman等“Chemical-Mechanical Polishing for FabricatingPatterned W metal Features as chip Interconnects”电化学学会杂志(Journal ofThe Electrochemical Society)、第138卷11号(1991年发行)、3460～3464页)。

但是，使用含有以往的研磨粒子的金属用研磨液，由CMP进行埋入配线形成时，产生(1)所埋入金属配线的表面中央部被均衡地研磨成如盘子般凹进去的现象(以下记为凹陷(dishing))，以及层间绝缘膜也与配线金属一起被研磨而凹进去的现象(以下记为侵蚀(erosion))等平坦性恶化的情况，或(2)为了去除研磨后残留在基板表面上的研磨粒子，进行清洗工序，而导致工序变得复杂等问题。

为了解决平坦性恶化的问题，抑制凹陷、侵蚀、研磨伤等情况，以形成高可靠性的LSI配线，提倡使用含有由甘氨酸等氨基乙酸或酰胺硫酸构成的氧化金属溶解剂及BTA(苯并三唑)等保护膜形成剂的金属用研磨液的方法(例如，参照日本国专利特开平8-83780号公报)。

但是，由BTA等的保护膜形成效果解决平坦化恶化的问题时，有时不仅对凹陷及侵蚀，还会使研磨速度也显著低降，因此是不优选的。

另一方面，由CMP处理去除附着在基板上的研磨粒子时，主要是采用PVA刷或超音波进行物理清洗。但是，随着附着在基板上的研磨粒子变得越来越微细，使物理力有效地作用于研磨粒子就变得越来越困难。

作为解决研磨粒子清洗性的方案，针对附着在基板上的研磨粒子的去除，提倡在清洗液中添加表面活性剂，或者变更清洗液的pH，使研磨粒子与基板的电位为相同符号，来提高清洗效果的方法(例如，参照日本国专利特开平8-107094号公报)。

发明内容

如上所述，BTA的保护膜形成效果非常高，因此不仅是对碟化、侵蚀，对研磨速度也有使其显著低降的倾向。从而，期望一种能够在充分降低凹陷、侵蚀的同时不会降低CMP速度的金属用研磨液。

另外，上述表面活性剂的添加，有可能使表面活性剂本身附着于基板上而成为污染源，进而，与使用的研磨液组合时有可能发挥不出效果。

本发明提供一种能够以高Cu研磨速度实现高平坦化的金属用研磨液以及使用该研磨液的研磨方法。

并且，本发明提供一种能够减少研磨后残留在基板表面上的研磨粒子的金属用研磨液以及使用该研磨液的研磨方法。