CMP用研磨液和研磨方法技术

本发明专利技术涉及一种研磨液，其为用于研磨至少包含阻挡金属、金属膜和二氧化硅膜的基板或至少包含阻挡金属、金属膜、二氧化硅膜和low‑k膜的基板的CMP用研磨液，所述研磨液含有研磨粒子、氧化金属溶解剂、氧化剂、水溶性高分子和碱金属离子，研磨时的所述研磨粒子和所述金属膜的表面电位为相同符号，所述研磨粒子的表面电位(mV)和所述金属膜的表面电位(mV)的乘积为250～10000，所述研磨液的pH为7.0～11.0。

Grinding Fluid and Grinding Method for CMP

The present invention relates to an abrasive fluid for grinding CMP substrates containing at least blocking metals, metal films and silicon dioxide films or substrates containing at least blocking metals, metal films, silicon dioxide films and low k films. The abrasive fluid contains abrasive particles, oxide, water soluble polymers and alkali metal ions, and the abrasive fluid for grinding. The surface potential of the particle and the metal film is the same symbol. The product of the surface potential (mV) of the grinding particle and the surface potential (mV) of the metal film is 250-10000, and the pH of the grinding fluid is 7.0-11.0.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】CMP用研磨液和研磨方法
本专利技术涉及CMP用研磨液和使用其的研磨方法。
技术介绍
近年，随着半导体集成电路(以下，称为“LSI”。)的高集成化、高性能化，人们开发了新的微加工技术。化学机械研磨(以下，称为“CMP”。)法也是其中之一，是LSI制造工序，尤其是，多层布线形成工序中的绝缘膜的平坦化、金属插塞的形成、埋入式布线的形成中频繁使用的技术。例如在专利文献1中公开了该技术。此外，最近，为了使LSI高性能化，人们尝试了使用铜或铜合金的金属膜作为形成布线材料的导电性物质。但是，对于铜或铜合金而言，难以实施基于频繁用于以往的铝合金布线的形成的干式蚀刻法而进行的微加工。于是，主要采用所谓的镶嵌法(damascenemethod)，即，在预先形成有沟槽的二氧化硅等的绝缘膜上堆积并埋入铜或铜合金的金属膜，通过CMP除去沟槽部以外的金属膜，形成埋入式布线。例如在专利文献2中公开了该技术。另一方面，在铜或铜合金等金属膜的下层，作为用于防止金属扩散入绝缘膜中和提高密合性的阻挡金属，形成有由钽、钽合金、氮化钽等导体形成的层。因此，埋入铜或铜合金等的金属膜的布线部以外，需要通过CMP去除露出的阻挡金属。但是，由于这些阻挡金属的硬度比铜或铜合金高，因此，即使组合铜或铜合金用的研磨材料来进行研磨也不能得到充分的研磨速度，且被研磨面的平坦性变差的情况多。于是，人们研究了由研磨金属膜的第1研磨工序和研磨阻挡金属的第2研磨工序构成的2步研磨方法。图1显示基于一般的镶嵌工艺进行的布线形成的截面示意图。图1(a)表示研磨前的状态，具有在表面形成有沟槽的绝缘膜1、按照追随绝缘膜1的表面凹凸的方式形成的阻挡金属2、以填埋凹凸的方式堆积的铜或铜合金的布线部用金属3。首先，如图1(b)所示，使用用于研磨布线部用金属的研磨液，研磨布线部用金属3直至阻挡金属2露出(第1研磨工序)。接着，使用阻挡金属2用的研磨液进行研磨直至绝缘膜1的凸部露出(第2研磨工序)。该第2研磨工序中，如图1(c)所示，常会出现进行了多余地研磨绝缘膜的过度研磨的情况。图1的(c)中，符号4表示第2研磨工序中的阻挡金属研磨前的图1(b)的状态。通过这样的过度研磨，可以提高研磨后的被研磨面的平坦性。作为这样的阻挡金属用的研磨液，人们提出了下述的阻挡金属用研磨液的方案：其包含氧化剂、针对金属表面的保护膜形成剂、酸和水，pH为3以下，上述氧化剂的浓度为0.01～3质量％。(例如，参见专利文献3。)此外，近年，随着布线间隔微细化，有时即便是非常微小的金属布线的腐蚀也会成为问题。有金属布线的腐蚀时，LSI的成品率恶化，因此，也寻求不引起金属布线的腐蚀的研磨液。此外，同样地从成品率的角度考虑，研磨后，金属布线和绝缘膜上的缺陷少也是必要的。进一步地，随着近年的布线间隔微细化，会产生布线延迟的问题。集成电路中，将金属布线四处铺设好几层，由此传递信号，但随着微细化，布线彼此之间的距离变近，因此，邻近的布线间的布线间电容增大，与其成比例地产生信号延迟。由此，电路的动作速度不上升反而耗电增加的问题日益显著。于是，为了克服该课题，作为降低布线间电容的手法之一，有时也会从以二氧化硅为主体的绝缘膜中使用低介电常数材料的绝缘膜(以下，称为“low-k膜”)的情况。作为low-k膜，可列举有机硅酸盐玻璃和全芳香环系low-k膜等。这些low-k膜与二氧化硅膜相比，具有机械强度低，吸湿性高，以及耐等离子体性和耐化学品性低的弱点。因此，第2研磨工序中有low-k膜的损伤、过度研磨、膜的剥離等问题。于是，为了克服上述的课题，人们也提出了设定为在low-k膜上覆盖二氧化硅膜的结构的方案。在绝缘膜部分含有覆盖层(caplayer)的二氧化硅膜时，受到二氧化硅的介电常数的影响，因此，作为绝缘膜整体，有效相对介电常数不会那么低。从该理由考虑，理想的是，在上述阻挡金属研磨时作为覆盖层的二氧化硅膜被迅速除去，最终形成仅由low-k膜形成的绝缘膜。图2显示绝缘膜使用了low-k膜和覆盖层的布线形成的截面示意图。为了得到图2的(a)的结构，首先，在Si基板5上，以层叠结构方式将low-k膜6和由二氧化硅形成的覆盖层7成膜后，形成隆起部和沟槽部。在其上，按照追随表面的隆起部和沟槽部的方式形成有阻挡金属2，以填埋隆起部和沟槽部的方式形成有堆积于整体上的布线部用金属3。与图1同样地，首先，从图2(a)所示的基板的状态至图2(b)所示的基板的状态，使用用于研磨布线部用金属的研磨液研磨布线部用金属3直至阻挡金属2露出(第1研磨工序)。接着，如图2(c)所示，使用阻挡金属用的研磨液研磨阻挡金属2，研磨至图2(c)所示的基板的状态，即直至至少由二氧化硅形成的覆盖层7被完全除去，low-k膜6露出为止(第2研磨工序)。因此，第2研磨工序中，需要研磨阻挡金属、金属膜和二氧化硅膜，或者阻挡金属、金属膜、作为覆盖层的二氧化硅膜和low-k膜。由于low-k膜的机械强度和耐化学品性低等理由，low-k膜的研磨速度易于变大。与覆盖层不同，为了不过度地去除low-k膜，也需要对于low-k膜的研磨速度不过大。此外金属膜的研磨速度也过大时，埋入的金属布线的中央部分被各向同性地研磨而产生如碟状般下陷的现象(dishing)，因此，需要金属膜的研磨速度也不过大。现有技术文献专利文献【专利文献1】美国专利第4944836号说明书【专利文献2】日本特开平02-278822号公报【专利文献3】国际专利申请公报第01/13417号
技术实现思路
专利技术要解决的课题如上所述，有时会出现使用阻挡金属用研磨液研磨阻挡金属、金属膜和二氧化硅膜，或者阻挡金属、金属膜、作为覆盖层的二氧化硅膜和low-k膜的情况。因此，在研磨液中，对于阻挡金属、金属膜、二氧化硅膜和low-k膜需要一定程度的均匀的研磨速度，特别是金属膜和low-k膜的研磨速度需要被适当控制(不过高)。但是，通常，由于阻挡金属和二氧化硅的机械强度相对增高，因此阻挡金属和二氧化硅膜的研磨速度易于降低，金属膜和low-k膜的研磨速度易于提高。因此，难以转而使用以各个膜作为研磨对象的CMP用研磨液，来得到对各膜的研磨速度的平衡。本专利技术鉴于上述问题点而完成，目的在于提供：在研磨阻挡金属的第2研磨工序中可以抑制金属膜的腐蚀、金属膜和绝缘膜上的缺陷产生同时能够以均匀且高的研磨速度研磨阻挡金属、金属膜、二氧化硅膜和low-k膜的CMP用研磨液，以及使用该研磨液的研磨方法。解决课题的手段本专利技术涉及的研磨液为用于研磨至少包含阻挡金属、金属膜和二氧化硅膜的基板，或至少包含阻挡金属、金属膜、二氧化硅膜和low-k膜的基板的CMP用研磨液，其特征在于，该研磨液含有研磨粒子、氧化金属溶解剂、氧化剂、水溶性高分子和碱金属离子，研磨时的研磨粒子和金属膜的表面电位为相同符号，研磨粒子的表面电位(mV)和金属膜的表面电位(mV)的乘积为250～10000，该研磨液的pH为7.0～11.0。本专利技术的一实施方式中，优选地，研磨粒子形成缔合粒子，缔合粒子的平均二次粒径为120nm以下。本专利技术的一实施方式中，优选地，研磨粒子的含量为1～20质量％。本专利技术的一实施方式中，优选地，研磨粒子包含二氧化硅粒子。本专利技术的一实施方式中，优选地，氧化金属溶解剂包含选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种研磨液，其为用于研磨至少包含阻挡金属、金属膜和二氧化硅膜的基板或至少包含阻挡金属、金属膜、二氧化硅膜和low‑k膜的基板的CMP用研磨液，其特征在于，所述研磨液含有研磨粒子、氧化金属溶解剂、氧化剂、水溶性高分子和碱金属离子，研磨时的所述研磨粒子和所述金属膜的表面电位为相同符号，所述研磨粒子的表面电位(mV)和所述金属膜的表面电位(mV)的乘积为250～10000，所述研磨液的pH为7.0～11.0。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.09 JP 2016-1155671.一种研磨液，其为用于研磨至少包含阻挡金属、金属膜和二氧化硅膜的基板或至少包含阻挡金属、金属膜、二氧化硅膜和low-k膜的基板的CMP用研磨液，其特征在于，所述研磨液含有研磨粒子、氧化金属溶解剂、氧化剂、水溶性高分子和碱金属离子，研磨时的所述研磨粒子和所述金属膜的表面电位为相同符号，所述研磨粒子的表面电位(mV)和所述金属膜的表面电位(mV)的乘积为250～10000，所述研磨液的pH为7.0～11.0。2.根据权利要求1所述的研磨液，其中，所述研磨粒子形成缔合粒子，所述缔合粒子的平均二次粒径为120nm以下。3.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，所述研磨粒子的含量为1～20质量％。4.根据权利要求1～3中任一项所述的研磨液，其中，所述研磨粒子包含二氧化硅粒子。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：井上惠介，近藤俊辅，大塚祐哉，
申请(专利权)人：日立化成株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP