[发明专利]研磨方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用化学机械研磨的研磨方法，其被用于半导体设备的布线形成工序等中的研磨。

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，已开发出了新型的微细加工技术。利用化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing。以下，称为“CMP”。)的研磨方法(以下称为“CMP方法”。)也是其中之一。CMP方法是在LSI制造工序中被利用、特别是在多层布线形成工序中的层间绝缘材料的平坦化、金属插头(metal plug)的形成、埋设布线的形成中被频繁利用的技术。

关于埋设布线的形成，主要采用镶嵌(damascene)法。即，采用如下方法：在预先形成有凹部(槽部)及凸部(隆起部)的绝缘材料(层间绝缘材料)上堆积铜或铜合金的薄膜而对凹部填埋铜或铜合金，接着，利用CMP将堆积在凸部上的薄膜(除凹部以外的薄膜)除去而形成埋设布线。

另一方面，在铜或铜合金等布线金属的下部，形成由例如钽、钽合金、氮化钽等导体构成的部分作为用于防止布线金属向层间绝缘材料中扩散和提高密合性的阻挡部。需要利用CMP将在填埋有铜或铜合金等布线金属的布线部以外露出的阻挡部去除。另外，以下将阻挡部中使用的金属称为阻挡金属。

在这样的镶嵌法中，通常准备多种CMP研磨液(以下，有时简称为“研磨液”。)，并以利用研磨仅除去布线金属、接着利用研磨仅除去阻挡金属或利用研磨除去阻挡金属和层间绝缘材料的多个步骤进行研磨。这是由于，研磨液是利用化学作用与机械作用的协同效果进行研磨的物质，所以为了利用研磨除去特定的研磨对象物质，需要该物质专用的研磨液。作为上述那样的仅对布线金属进行研磨的CMP方法，例如已经记载于专利文献1中，而对阻挡金属和层间绝缘材料进行研磨的CMP方法已记载于例如专利文献2中。

为了提高对研磨对象物的研磨速度、提高研磨后的表面的平坦性等，而在研磨液中添加各种添加剂。例如在专利文献3中记载了如下技术：在对阻挡金属和层间绝缘材料进行研磨的CMP方法中，使研磨液中含有甲基丙烯酸系聚合物，从而提高对层间绝缘材料的研磨速度，并且抑制侵蚀(erosion)和裂缝(seam)。

近年来，由于LSI形成技术和CMP中使用的研磨液的进步，而进一步研究了CMP技术在多种用途中的应用。此外，即使在以往用途中也会在导电性物质、阻挡金属、层间绝缘材料等中应用新型的材料，所以CMP方法的研磨对象物也变得多元化。

若由于新型的研磨对象物的出现而使CMP的应用范围变广，则变得对研磨液要求新型的研磨特性。例如，以高研磨速度除去研磨对象物且在任意的厚度停止研磨的研磨方法必须准备在研磨对象物的下部具有阻止层的基体，并使用研磨液除去研磨对象物，在阻止层露出的时刻结束研磨。然而，在上述镶嵌法中，通常不施行使用阻止层来停止研磨的研磨方法，因此，也没有开发应用于此种研磨方法的研磨液。例如，就以往的上述专利文献1～3中记载的研磨液而言，虽然分别叙述了对金属或层间绝缘材料的研磨速度，但是并未提及对除此以外的具有像阻止层那样的材料的基板进行研磨。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2009/119485号

专利文献2：国际公开第2011/021599号

专利文献3：国际公开第2009/005143号

发明内容

发明所要解决的问题

在使用阻止层的CMP方法的情况下，为了以高研磨速度除去位于阻止层上部的研磨对象物，需要通过研磨液的磨粒等来增强CMP的机械作用，但这种情况下，存在阻止层同时也容易被削磨的问题。

为了以高研磨速度除去存在于阻止层上部的研磨对象物、且利用阻止层以高精度停止研磨，而需要使研磨对象物的研磨速度与阻止层的研磨速度之比变大。该研磨速度比也被称为“研磨对象物与阻止层的选择比”。在研磨对象物与阻止层的研磨速度比大时，称为选择比高(高选择比)。

但是，如上所述，近年来由于LSI形成技术的进步，而使LSI的结构更加复杂化及多样化。作为其中一个例子，提出了以布线金属、阻挡金属等金属和氧化硅等绝缘材料作为研磨对象物且以氮化硅、碳化硅等作为阻止层的结构。

可认为：在以布线金属、阻挡金属等金属和氧化硅等绝缘材料作为研磨对象物且以氮化硅、碳化硅等作为阻止层的情况下，与化学作用相比，机械作用更容易影响到研磨对象物的一部分(例如阻挡金属及氧化硅)及作为阻止层而使用的物质的CMP速度。因此，难以在维持对金属的研磨速度的同时提高绝缘材料与阻止层之间的选择比。