[19]
中华人民共和国国家知识产权局
[12]发明专利申请公布说明书
[11]公开号CN 1989600A [43]公开日2007年6月27日
[21]申请号200580024367.6[22]申请日2005.08.09
[21]申请号200580024367.6
[30]优先权
[32]2004.09.14 [33]JP [31]267366/2004
[86]国际申请PCT/JP2005/014878 2005.08.09
[87]国际公布WO2006/030595 JA 2006.03.23
[85]进入国家阶段日期2007.01.19[71]申请人日立化成工业株式会社
地址日本东京
[72]发明人马渕胜美 赤星睛夫 上方康雄 羽广昌
信 小野裕
[74]专利代理机构中国国际贸易促进委员会专利商标事务所代理人陈昕
[51]Int.CI.H01L 21/304 (2006.01)
权利要求书 2 页 说明书 16 页 附图 3 页
[54]发明名称
[57]摘要
为了增大非负荷下的研磨速度和负荷下的研磨
速度之差，添加赋予溶解促进作用的无机盐、保护
CMP用研磨液，使为了提高在CMP中的生产性的高速
化、以及为了布线的微细化和多层化的布线的平坦
化同时实现。
200580024367.6权 利 要 求 书第1/2页 1.CMP研磨用浆料，其特征在于，至少含有1种阴离子种类的氧化电位高于水的氧化电位且在水的氧化电位下该阴离子种类稳定的无机盐，其浓度为0.01M以上。
2.如权利要求1所述的CMP研磨用浆料，其中，含有与铜形成不溶性配合物的化合物、和表面活性剂。 3.如权利要求2所述的CMP研磨用浆料，其中，含有水溶性聚合物。
4.如权利要求1所述的CMP研磨用浆料，其特征在于，无机盐的阳离子种类选自钾、钠、铵、铁和铝中的1种以上。
5.如权利要求2所述的CMP研磨用浆料，其中，与铜形成不溶性的配合物的化合物选自苯并三唑、铜铁灵、水杨醛肟、半胱氨酸、氨基苯甲醛、卤代乙酸、喹哪啶酸、苯并咪唑、苯偶姻肟、邻氨苯甲酸、亚硝基萘酚和8-羟基喹啉中的1种以上。
6.如权利要求2所述的CMP研磨用浆料，其特征在于，表面活性剂为十二烷基苯磺酸、十二烷基硫酸钾、十六烷基三甲基溴化铵或油酸钠。
7.如权利要求3所述的CMP研磨用浆料，其特征在于，水溶性聚合物选自聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇和聚(4-乙烯基吡啶)中的1种以上。
8.如权利要求2所述的CMP研磨用浆料，其特征在于，与铜形成不溶性配合物的化合物与表面活性剂的摩尔浓度之比为1∶0.0001-0.4，或重量浓度比为1∶0.0004-1.0。
200580024367.6权 利 要 求 书 第2/2页
9.CMP研磨用浆料，其溶液的总离子浓度的合计为100mM以上。
10.C M P研磨用浆料，其p H-电位图中C u2+离子为稳定区域。
11.如权利要求1所述的CMP研磨用浆料，溶液的pH为3.0以下。
12.CMP研磨用浆料，其中，在旋转状态下负荷下的蚀刻速度为5 /min以下，且在CMP研磨面上施加负荷时的蚀刻速度为500/min以上。
13.布线形成方法，其特征在于，在预先形成有沟的绝缘膜上使用电镀法埋入铜后，使用权利要求1-12中任一项所述的CMP用研磨浆料除去用于形成布线的沟部以外的过剩的铜。
200580024367.6说 明 书第1/16页
CMP用研磨浆料
技术领域
本发明特别涉及在半导体装置的布线形成工序中使用的化学机械研磨(CMP)用研磨液。
背景技术
伴随着LSI的高性能化，作为LSI制造工序中的微细加工技术，主要使用嵌刻(damascene)法，该方法是在预先形成有沟的绝缘膜上使用电镀法埋入铜后，使用化学机械研磨(CMP)法除去用于形成布线的沟部以外的过剩的铜，由此形成布线。一般CMP中使用的研磨液，包括氧化剂和固体粒子，根据需要添加保护膜形成剂、氧化金属用溶解剂等。作为固体粒子，已知数十nm左右的氧化硅、氧化铝、氧化锆、二氧化铈等微粒。作为氧化剂，已知过氧化氢、硝酸铁、铁、过硫酸铵等。
考虑到提高生产性，正在谋求利用CMP提高铜的研磨速度，以往作为提高研磨速度的方法，添加氧化
金属溶解剂被认为是有效的。一般认为这是因为通过在研磨液中溶解被固体磨料磨削的金属氧化物的颗粒，将增加被固体磨料磨削的效果。还已知增加除此之外添加的氧化剂的浓度的方法。另外已知通过在铜布线上形成不溶于水的铜化合物和可溶于水的铜化合物的方法；添加氨基酸的方法；含铁(III)化合物的方法；含有铝、钛、铬、铁、钴、镍、铜、锌、锗、锆、钼、锡、锑、钽、钨、铅、铈的多价金属的方法来提高研磨速度。
另一方面，如果提高研磨速度，则产生下述问题，即产生金属布线部的中央像皿一样凹陷的凹状缺陷现象，使平坦性变差。为了防止这个问题，通常添加显现表面保护的作用的化合物。这是由于通过在铜表面形成致密的保护膜，来抑制氧化剂引起的铜的离子化，防止铜向研磨液
200580024367.6说 明 书 第2/16页中的过剩溶解。一般作为显示该作用的化合物，已知以苯并三唑(BTA)为代表的螯合剂。
一般来说，如果为了减少凹状缺陷而添加以BTA为代表的螯合剂，则由于在本应该研磨的部分上也形成保护被膜，研磨速度将极度降低。为了解决这个问题，研究了各种添加剂。例如在日本特开2002-12854号公报中记载了添加1∶10-1∶0.03的具有杂环的化合物和磺酸盐。 发明内容
对于CMP，为了提高生产性正在谋求高速化。另外，为了布线的微细化以及多层化，正在谋求布线的平坦化。但是，如上所述，该二者存在权衡的关系，使它们同时实现是极为困难的。如上所述，一般
来说，如果为了减少凹状缺陷而添加以BTA为代表的螯合剂，则由于在本应该研磨的部分上也形成保护被膜，研磨速度将极度降低。为了缓解这个问题，还研究了调节蚀刻剂和螯合剂的量来实现最优化，但是出满足的条件是困难的。为了除去保护膜，还考虑过提高研磨压力的方法，但是考虑到今后多孔型低介电常数绝缘膜将成为主流，该方法是不适合的。虽然也研究了如上所述的使它们同时实现的添加剂、方法，但是满足性能、成本、易用程度等所有条件的产品尚未开发。本发明的目的是(1)减少形成埋入布线时的凹状缺陷、腐蚀(2)研磨的高速化(3)CMP后的洗涤的简化。
为了提高平坦性，在使施加负荷的部分、也就是铜和护垫接触的部分上的铜的溶解速度提高的同时，抑制未施加负荷的部分、也就是铜未和护垫直接接触的部分上的铜的溶解速度是重要的。
考虑到这点，为了解决上述技术问题，本发明的CMP用研磨液的组成结构如下，即除了作为基本组成的金属氧化剂和磨料之外，还添加有使铜溶解的同时与铜生成配合物的化合物、pH调节剂、促进负荷下的铜溶解的溶解速度促进剂和抑制非负荷下的铜溶解的溶解抑制剂。 本发明的金属的氧化剂有以过氧化氢为代表的过氧化物、次氯酸、过乙酸、重铬酸化合物、高锰酸化合物、过硫酸化合物、硝酸铁、铁
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