抛光组合物和抛光方法技术

作为允许高速抛光并且同时防止盘形凹陷和侵蚀并维持金属膜的平直度的抛光组合物，本发明专利技术提供一种抛光组合物，它用于抛光在具有沟槽的基材上提供的金属膜以使金属膜填充所述沟槽，从而提供平面化表面，其中所述组合物包含水、在分子中具有Ｃ≥６碳原子烷基的磷酸酯和用于金属的蚀刻剂，并且具有５－１１的ｐＨ。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利说明 本申请是根据35 U.S.C.§111(a)所提出的申请，它按照35 U.S.C.§119(e)(1)要求根据35 U.S.C§111(b)于2003年11月21日提出的临时申请No.60/523,684的申请日的权益。本专利技术涉及用于抛光基材的抛光组合物，涉及抛光方法，和涉及生产基材的方法。在IC(集成电路)和LSI(大规模集成电路)上的技术发展已经在这些设备的运转速度和集成程度上获得改进。例如，微处理器的特性和存储基片的容量最近得到迅速改进。在设备特性上的此类改进主要利用微处理技术的发展来实现。微处理技术的一种典型实例是化学机械抛光方法，它是一种平面化技术。化学机械抛光用于在多层布线步骤中的介电隔层(interlayer dielectric)、金属栓塞(metal plug)和金属布线(metal wiring)的平面化中。近年来在这些多线元件之中，已经采用了由铜或铜合金制成的金属布线，以防止信号的有问题的延迟。通过预先在介电隔层中形成沟槽；如果需要的话，在沟槽的顶部上形成由钽或钽氮化物组成的薄阻隔膜；和通过诸如镶嵌方法之类的技术沉积铜或或铜合金，来制造此类铜或铜合金布线。在上述制造中，过量的铜或铜合金仍然保留在介电隔层上。因此，在形成布线的同时，通过为了平面化目的所进行的抛光操作除去过量的铜或铜合金。同时，磁性随机存取存储器(MRAM)是所考虑的磁记录介质的一个实例。至于MRAM，已知有一种将信息记录到在单元阵列中的特定位中的方法。在所述方法中，提供了彼此交叉的且分别在阵列的纵向和横向上延伸的位写入线(bit-writing-in line)和字符写入线(word-writing-in line)，并且信息仅仅写在位于两线交叉的区域之中的单元中(参见，例如日本专利申请未审公开(kokai)No.10-116490)。在MRAM中形成的金属布线包括由铝或铝合金，以及铜或铜合金组成的导电层；由镍-铁组成(透磁合金)并覆盖所述导电层的铁磁性层；和，如果需要的话，由某种材料(例如，钽或钽氮化物)组成的和在铁磁性层上形成的阻隔膜。所述金属布线是通过镶嵌(damascene)方法形成的，而导电层、铁磁性层和阻隔膜的过量部分是通过并行的抛光操作被除去的，因此得到平的表面。用抛光实施平面化的一种可能方式是利用含有磨料的抛光剂的处理。然而，当仅仅使用抛光剂进行处理时，铜或铜合金将因为它们的中等硬度而倾向于产生划痕，显著地降低设备的产率。另一种可能方式是使用含有蚀刻剂的抛光剂，它能够溶解铜。然而，如果使用这一方式，沟槽和突出部分将被蚀刻，因此引起盘形凹陷(即不能提供平的表面，并且金属布线的一部分被抛光除掉)。日本专利申请未审公开(kokai)No.8-83780公开了用于抛光由铜或铜合金组成的金属膜并同时防止上述现象发生的抛光组合物。所述组合物含有过氧化氢、苯并三唑和氨基乙酸，和如果需要的磨料。所述文件描述了在组合物中所含的苯并三唑为氧化金属膜形成反应保护膜，使得优先对突出部分进行机械抛光，因此增强了平整度，和抑制盘形凹陷。日本专利申请未审公开(kokai)No.9-55363公开了含有2-喹啉羧酸的金属抛光组合物，所述2-喹啉羧酸与铜反应形成了在水中有弱溶解性和具有比铜更差的机械强度的铜配合物。日本专利申请未审公开(kokai)No.2001-89749公开了用于在存储硬盘中使用的磁盘基材的抛光组合物，所述组合物含有(a)水；(b)选自聚氧化乙烯烷基醚磷酸酯和聚氧化乙烯芳基醚磷酸酯中的至少一种磷酸酯化合物；(c)除了上述磷酸酯化合物(b)以外的选自无机酸、有机酸和其盐中的至少一种抛光促进剂；和(d)选自氧化铝、二氧化硅、二氧化铈、氧化锆、二氧化钛、氮化硅和二氧化锰中的至少一种抛光剂。因为在日本专利申请未审公开(kokai)No.8-83780中描述的抛光组合物包括具有强防腐蚀效果的苯并三唑，所以抛光速率会不利地下降。如果为了提高抛光速率而减少苯并三唑的量，则平整表面和盘形凹陷会受损。在日本专利申请未审公开(kokai)No.9-55363中描述的含有2-喹啉羧酸的抛光组合物是相当昂贵的和因此认为它的工业应用是困难的。描述在日本专利申请未审公开(kokai)No.2001-89749中的抛光组合物是用于抛光存储硬盘的抛光液，并且所述文件不包含与在本专利技术中加工的金属布线的形成有关的叙述内容。近年来，已经研究了由低κ值材料形成的介电隔层的使用，鉴于铜布线的寄生电容。在这方面，已经开发了各种无机和有机低κ材料，和在未来此类低κ材料将需要低于2.3的介电常数。为了获得所述介电常数，必须提供多孔低κ材料。Up-to-Date CMP Process and MaterialTechnology(由Technical Information Institute Co.，Ltd.，2002出版)，第133页公开了此类多孔性低κ材料具有差的机械强度并且在通常使用的CMP压力下容易破碎，因此强加了在低压下抛光的要求。然而，上述常规技术是为高压抛光所开发的，并且在低压下的高速抛光从未被研究过。此外，近年来，电路布线的宽度倾向于变得更窄。对于细线以高密度存在的情况，阻隔膜和介电隔层被过度抛光，形成挖空部分(即，所谓侵蚀的现象)。类似于盘形凹陷，侵蚀引起布线电阻的下降以及布线的短路。因此，这些现象的预防是一个需要解决的问题。因此，本专利技术的目的是提供一种抛光组合物，它允许进行高速抛光，并且同时防止盘形凹陷和侵蚀并维持金属膜的平直度。本专利技术的另一个目的是提供一种使用抛光组合物抛光金属膜的方法。仍然另一个目的是提供生产基材的方法，包括利用所述抛光组合物将基材平面化的步骤。本专利技术人为了实现上述目的已经进行广泛研究，并且已经发现这些问题能够通过一种组合物来解决，所述组合物用于抛光在具有沟槽的基材上所提供的金属膜以使沟槽被金属膜填充，从而提供平面化表面，所述组合物包含水、具有C≥6烷基的磷酸酯和用于金属的蚀刻剂，并且具有5-11的pH。本专利技术基于这一发现来实现。因此，本专利技术涉及下列[1]-[38]项。一种抛光组合物，它用于抛光在具有沟槽的基材上提供的金属膜以使金属膜填充所述沟槽，从而提供平面化表面，其中所述组合物包含水、在分子中具有C≥6碳原子烷基的磷酸酯和用于金属的蚀刻剂，并且具有5-11的pH。根据以上[1]项的抛光组合物，其中磷酸酯是在分子中具有C6-C22烷基的磷酸酯。根据以上[1]或[2]的抛光组合物，其中磷酸酯的含量是在0.0001-2质量％的范围内。根据[1]-[3]中任何一项的抛光组合物，其中所述蚀刻剂包含酸和/或碱，和氧化剂。根据以上[4]的抛光组合物，其中酸和/或碱的含量是在0.01-10质量％范围内。根据以上[4]的抛光组合物，其中氧化剂的含量是在0.01-30质量％的范围内。根据以上[1]-[6]中任何一项的抛光组合物，它进一步包含磨料。根据以上[7]的抛光组合物，其中磨料的含量是在30质量％或30质量％以下的范围内。根据以上[1]-[8]中任何一项的抛光组合物，它进一步包含表面活性剂。根据以上[9]的抛光组合物，其中表面活性剂的含量是在5质量％或5质量％以下的范围内。根据[1]-[10]中任何一项的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抛光组合物，它用于抛光在具有沟槽的基材上提供的金属膜以使金属膜填充所述沟槽，从而提供平面化表面，其中所述组合物包含水、在分子中具有Ｃ≥６碳原子烷基的磷酸酯和用于金属的蚀刻剂，并且具有５－１１的ｐＨ。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2003-11-14 385253/2003;US 2003-11-21 60/523,6841.一种抛光组合物，它用于抛光在具有沟槽的基材上提供的金属膜以使金属膜填充所述沟槽，从而提供平面化表面，其中所述组合物包含水、在分子中具有C≥6碳原子烷基的磷酸酯和用于金属的蚀刻剂，并且具有5-11的pH。2.根据权利要求1的抛光组合物，其中磷酸酯是在分子中具有C6-C22烷基的磷酸酯。3.根据权利要求1或2的抛光组合物，其中磷酸酯的含量是在0.0001-2质量％的范围内。4.根据权利要求1-3中任何一项的抛光组合物，其中所述蚀刻剂包含酸和/或碱，和氧化剂。5.根据权利要求4的抛光组合物，其中酸和/或碱的含量是在0.01-10质量％的范围内。6.根据权利要求4的抛光组合物，其中氧化剂的含量是在0.01-30质量％的范围内。7.根据权利要求1-6中任何一项的抛光组合物，它进一步包含磨料。8.根据权利要求7的抛光组合物，其中磨料的含量是在30质量％或30质量％以下的范围内。9.根据权利要求1-8中任何一项的抛光组合物，它进一步包含表面活性剂。10.根据权利要求9的抛光组合物，其中表面活性剂的含量是在5质量％或5质量％以下的范围内。11.根据权利要求1-10中任何一项的抛光组合物，它进一步包含在分子中具有两个或更多个吡咯结构部分的化合物。12.根据权利要求11的抛光组合物，其中在分子中具有两个或更多个吡咯结构部分的化合物的含量是在0.001-1质量％的范围内。13.根据权利要求1-12中任何一项的抛光组合物，它进一步包含氨基酸。14.根据权利要求13的抛光组合物，其中氨基酸的含量是在0.001-10质量％的范围内。15.根据权利要求1-14中任何一项的抛光组合物，它进一步包含在分子中具有一个吡咯结构部分的化合物。16.根据权利要求15的抛光组合物，其中在分子中具有一个吡咯结构部分的化合物的含量是在0.001-5质量％的范围内。17.根据权利要求1-16中任何一项的抛光组合物，它进一步包含在分子中具有六个或六个以上碳原子烷基的脂肪酸。18.根据权利要求17的抛光组合物，其中在分子中具有C≥6碳原子烷基的脂肪酸的含量是在0.001-5质量％的范围内。19.根据权利要求4-18中任何一项的抛光组合物，其中所述酸是无机酸或羧酸。20.根据权利要求19的抛光组合物，其中所述无机酸是选自硫酸、磷酸、膦酸和硝酸中的至少一种物质。21.根据权利要求19的抛光组合物，其中所述羧酸类是选自下列这些中的至少一种物质甲酸，乙酸，丙酸，丁酸，戊酸，2-甲基丁酸，正己酸，3，3-二甲基丁酸，2-乙基丁酸，4-甲基戊酸，正庚酸，2-甲基己酸，正辛酸，2-乙基己酸，苯甲酸，乙醇酸(羟基乙酸)，水杨酸，甘油酸，草酸，丙二酸，琥珀酸，戊二酸，己二酸，庚二酸，马来酸，邻苯二甲酸，苹果酸，酒石酸，柠檬酸，乳酸，烟酸，喹哪啶酸和邻氨基苯甲酸。22.根据权利要求1-21中任何一项的抛光组合物，其中所述碱是选自下列这些中的至少一种物质氨；氢氧化钠；氢氧化钾；碳酸钾；碳酸氢钾；碳酸氢铵；烷基单胺；烯丙基胺；2-乙基己胺；环己基胺，苄基胺和糠胺；具有羟基的一元胺；二胺；和多胺。23.根据权利要求4-22中任何一项的抛光组合物，其中氧化剂是选自下列这些中的至少一种物质氧，过氧化氢，臭氧，烷基过氧化物...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊藤祐司，西冈绫子，鱼谷信夫，
申请(专利权)人：昭和电工株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]