研磨用組合物及半導體集成電路裝置的制造方法制造方法及圖紙

根據本發明專利技術，能夠在半導體集成電路裝置制造中的被研磨面的研磨中，得到具有埋設金屬布線的絕緣層的平坦表面。另外，能夠得到具有高度平坦化的多層結構的半導體集成電路裝置。本發明專利技術提供一種研磨用組合物，其為用于研磨半導體集成電路裝置的被研磨面的化學機械研磨用組合物，該組合物含有氧化劑、磨粒、脂環族樹脂酸、堿性化合物和無機酸，并且ｐＨ在８～１２的范圍內，所述氧化劑是選自由過氧化氫、過硫酸銨和過硫酸鉀組成的組中的一種以上物質。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及在半導體集成電路裝置的制造工序中使用的化學機械 。更具體而言，本發 明涉及適合用于形成例如使用銅金屬作為布線材料、使用鉭系金屬作 為阻擋層材料的埋設金屬布線的化學機械研磨用組合物及使用該組合 物的半導體集成電路裝置的制造方法。
技術介紹
近年來，伴隨半導體集成電路裝置的高集成化和高功能化，在半 導體集成電路裝置的制造工序中，正在進行用于微細化和高密度化的 微細加工技術開發。特別是在多層布線形成工序中，層間絕緣膜和埋 設布線的平坦化技術是很重要的。作為布線材料，著眼于低電阻率且電遷移耐性優良的銅。銅布線的形成使用以下嵌入法(Damascene):在絕緣層中形成布線圖案等的 溝部，并形成防止銅擴散的阻擋層后，通過濺射法或鍍敷法以埋入溝 部的方式形成銅層，并通過化學機械研磨法(CMP: Chemical Mechanical Polishing,以下稱為CMP)將多余的銅層和多余的阻擋層除去，直到 露出溝部以外的絕緣層表面，從而將表面平坦化，由此形成埋設金屬 布線。作為阻擋層，使用包含鉭、鉭合金或氮化鉭等鉭化合物的鉭系 阻擋層。在這樣的埋設銅布線的形成中，在埋設布線部分以外，需要利用 CMP將除去多余的銅層后露出的阻擋層除去。但是，作為阻擋層使用 的鉭或鉭化合物在化學上穩定因而難以進行蝕刻，另外硬度比銅高， 因此多數情況下相對于銅不能得到充分的研磨速度。因此，提出了包5括除去多余金屬布線層的第一研磨工序和除去多余阻擋層的第二研磨 工序的兩步研磨法。利用圖1和圖2說明通過CMP形成埋設金屬布線的方法。本圖中例示的是使用包含二氧化硅等絕緣材料的覆蓋層5的情況，但是，也有不使用覆蓋層的情況，該情況也同樣。圖1 (a)是首先在襯底1上形成的絕緣層2和覆蓋層5中形成用 于形成埋設布線6的溝，然后依次形成阻擋層3和金屬布線層4的研 磨前的剖視圖。圖1 (b)是進行除去金屬布線層4的多余部分的第一 研磨工序后的剖視圖。第一研磨工序結束后，產生圖1 (b)中箭頭所 示的稱為凹陷(dishing) 7的金屬布線層的損耗和圖2中箭頭8所示的 稱為磨蝕(erosion) 8的絕緣層的損耗。這樣的凹陷、磨蝕、劃痕成為 半導體集成電路裝置的布線電阻增加或電遷移的原因，從而使器件的 可靠性下降。凹陷7如圖1 (b)及圖2的符號7所示，是指金屬布線層4被過 度硏磨后布線部的中央部的凹陷或凹陷量。磨蝕如圖2中箭頭8所示， 是指研磨在布線部中布線寬度細的部分或高布線密度的部分進行得比 無布線圖案的絕緣層部分(Global部)、布線寬度寬的部分或低布線 密度的部分快，從而使絕緣層2相對于Global部被過度研磨而產生的 凹陷或凹陷量。另外，圖2中省略了阻擋層3。然后，通過進行第二研磨工序，將不需要的阻擋層和覆蓋層5研 磨除去，并且將第一研磨工序中產生的凹陷或磨蝕除去，進行研磨。 圖1 (c)是第二研磨工序中途的剖視圖，除去多余銅層后露出的阻擋 層被除去，但是殘留凹陷7。圖1 (d)的剖視圖是理想地進行第二研 磨工序時的研磨后的剖視圖，金屬布線層和絕緣層被精加工為對齊為 同一表面的平坦面。另外，圖1中除去了全部覆蓋層5，但是也可以不 必全部除去。第二研磨中，需要從金屬布線層上具有凹陷的狀態研磨至金屬布 線層和絕緣層對齊為同一表面的平坦面。因此，第二研磨工序中使用 的研磨用組合物，對金屬布線層的研磨速度需要比對阻擋層及二氧化 硅、低介電常數膜等的絕緣層的研磨速度小，并且它們的研磨速度的 比需要在所需范圍內，即具有"選擇性"。但是，CMP中，在通過研磨進行平坦化時，已知要解決以下課題 布線部分被切削至低于平坦面的稱為凹陷的現象；和伴隨金屬布線的 細密化將相鄰的多個布線連同絕緣材料等周圍材料一同切削的稱為磨 蝕的現象等。對于凹陷和磨蝕，以往提出了多個解決方案，但是，這 些方案還沒有充分令人滿意。例如，專利文獻1中記載了在第二研磨工序中，為了抑制凹陷或磨蝕的產生并且得到上述阻擋層:金屬布線層:絕緣層的研磨速度比， 在研磨用組合物中添加包含以苯并三唑(以下稱為BTA)為代表的三 唑化合物的保護膜形成劑。另外，專利文獻2中記載了使用煅制二氧化硅作為磨粒，使用 5-氨基-lH-四唑、鳥嘌呤或3-巰基-l，2,4-三唑作為研磨速度調節劑，并 且利用硝酸、硫酸、磷酸等無機酸、或甲酸、乙酸、草酸、丙二酸、 琥珀酸和苯甲酸等有機酸將pH調節至1 8，由此對阻擋層進行選擇研 磨的研磨用組合物。專利文獻1中使用BTA作為防銹劑。BTA能夠吸附在Cu表面從 而防止腐蝕，但另一方面，由于其吸附程度強因此研磨后的Cu表面顯 示斥水性，殘留的BTA有時對后續工序產生不良影響。另外，多數情 況下吸附在Cu表面上的BTA不均勻，因此有可能容易產生局部的腐 蝕，與此相對，本專利技術由于吸附的程度適度，因此研磨后的Cu表面顯 示親水性，并且殘留的防銹劑不會對后續工序產生不良影響。專利文獻2中Cii的研磨速度與鉭的研磨速度相比極慢。即，不能 在切削Cu和鉭兩者的同時消除高差。另外，作為Cu的防銹劑例示的 四唑是分子內含有多個氮原子的含氮化合物，屬于消防法危險物，因 此難以操作。專利文獻1:國際公開第2003/036705號 專利文獻2:日本特開2001-077062號公報
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供在半導體集成電路裝置制造中形成埋設金 屬布線的工序中，通過CMP實現絕緣層與埋設的埋設金屬布線的平坦 被研磨面的研磨用組合物。本專利技術的其它目的及優點從以下的說明中顯而易見。本專利技術的第一方式提供一種研磨用組合物，其含有氧化劑、磨粒、 脂環族樹脂酸、堿性化合物和水，并且pH在8 12的范圍內。如果使用本方式的研磨用組合物，則在半導體集成電路裝置制造 工序中的埋設金屬布線的制造工序的CMP中，能夠將被研磨面研磨至 高度平坦。由此，能夠得到具有高度平坦化的多層結構的半導體集成 電路裝置。另外，CMP后的被研磨面容易清洗，因此能夠抑制研磨用 組合物的成分吸附殘留對后續工序產生的不良影響。本專利技術的第二方式提供一種研磨用組合物，其中，在第一方式的 研磨用組合物中，相對于所述研磨用組合物的總量，含有0.05-10質量 %所述氧化劑、0.1-15質量％所述磨粒、0.001~5質量％所述脂環族樹 脂酸、0.1~20質量％所述堿性化合物和78質量％以上的水。此時，除了第一方式的效果，還能夠將具有阻擋層、銅層、覆蓋層和絕緣層的被研磨面研磨得更加平坦。本專利技術的第三方式提供一種研磨用組合物，其中，在第一方式或 第二方式的研磨組合物中，所述脂環族樹脂酸是選自由松香酸、松香 酸的異構體、海松酸、海松酸的異構體、松香及它們的衍生物組成的 組中的至少一種以上物質。此時，除了第一方式或第二方式的效果，還能夠在半導體集成電 路裝置制造工序中埋設金屬布線的制造工序的CMP中將被研磨面研磨 得更加平坦。由此，能夠得到具有更高度平坦化的多層結構的半導體 集成電路裝置。本專利技術的第四方式提供一種研磨用組合物，其中，在第一、第二 或第三方式的研磨用組合物中，所述氧化劑是選自由過氧化氫、過硫 酸銨和過硫酸鉀組成的組中的至少一種以上物質。本專利技術的第五方式提供一種研磨用組合物，其中，在第一至第四 方式中任一方式的研磨用組合物本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種研磨用組合物，其含有氧化劑、磨粒、脂環族樹脂酸、堿性化合物和水，并且ｐＨ在８～１２的范圍內。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：竹宮聰，吉田伊織，
申請(專利權)人：旭硝子株式會社，
類型：發明
國別省市：JP[日本]