用于抛光金属的组合物、金属层的抛光方法以及生产晶片的方法技术

一种用于抛光金属层的金属抛光组合物，其含有在金属层表面上聚合、在金属层表面上形成聚合物膜的成膜化合物。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及金属层抛光中使用的金属抛光组合物，金属层的抛光方法，以及晶片的生产方法。本申请是基于日本专利申请2002-317705的，以上文件全文引入作为参考。
技术介绍
随着涉及IC(集成电路)和LSI(大规模集成电路)的技术的进步，此类电路的操作速度和集成规模已经改善，导致了微处理器性能的快速改进和记忆芯片容量的大幅度增加。微加工技术在性能上对这些改善做出了显著贡献，作为一类平面化技术的代表的化学机械抛光方法是此类微加工技术的一个例子。化学机械抛光方法在用于平面化层间绝缘膜、金属柱塞和金属线路的多层布线加工的过程中使用。但是，近年来，布线延迟问题已经使人们对铜和铜合金作为潜在的布线金属进行了测试。在使用铜和铜合金生产线路的方法中，事先在层间绝缘膜中形成凹槽，如果需要，在层间绝缘膜上形成一层钽和氮化钽的薄阻挡金属层，并且随后使用镶嵌方法在凹槽中沉积铜或铜合金。然后抛光除去在层间绝缘膜上形成凸起形状的多余的铜或铜合金从而使表面平面化并形成线路。以上生产方法中可能的抛光铜或铜合金的方法的例子包括使用含磨料颗粒的抛光剂的方法，尽管由于铜和铜合金通常是软的，如果仅使用抛光剂实施抛光方法，则可能在金属表面上形成划伤，这意味着产率倾向于极低。另外，由于铜溶解在蚀刻剂中，含有蚀刻剂的抛光剂是另一种可能，尽管这些试剂不仅蚀刻过量的沉积的铜，也蚀刻金属线路本身，因此不仅难以获得平整的表面，而且发生被称为凹陷(dishing)的金属线路部分被切割掉的现象。为了避免上述类型的现象的出现，日本未审专利申请第一次公开平8-83780(权利要求)公开了一种含过氧化氢、苯并三唑和氨基乙酸，并且在需要时也含有磨料颗粒的金属抛光组合物，作为潜在的用于抛光铜或铜合金形成的金属层的抛光剂。在这种金属抛光组合物中，苯并三唑在氧化金属层顶上形成保护层，从而当上述凸起部分被优选地通过机械抛光除去时，凸起部分之外的部分对于划伤形成有抵抗能力，可以避免金属线路的蚀刻和凹陷。结果，可以改善平面性，并且可以提供一种仅在凹槽内留下金属的有效方法。另外，日本未审专利申请第一次公开平9-55363(权利要求)公开了一种包含与铜反应生成仅在水中稍溶解并且机械上比铜更脆弱的铜络合物的2-喹啉羧酸的金属抛光组合物。但是，尽管日本未审专利申请第一次公开平8-83780(权利要求)中公开的金属抛光组合物在改善平面性和避免凹陷方面是有效的，因为苯并三唑的保护效果是强大的，抛光速度显著下降。另外，日本未审专利申请第一次公开平9-55363(权利要求)中公开的2-喹啉羧酸是极昂贵的，这使得该组合物难以在工业场合推广。近年来，铜线路的寄生电容已经导致对作为层间绝缘膜的低k材料的使用的研究。已经开发了多种作为低k材料的无机和有机材料，尽管下一代低k材料将需要小于2.3的介电常数。已经提出，为了获得这种水平的介电常数，增加低k材料的孔隙率是必须的，尽管多孔材料提供低水平的机械强度，并且被用于常规CMP方法的抛光压力破坏(参见《高级CMP加工和材料技术》“Advanced CMP Process and Material Technology”，Technical Association，2002，第133页)。但是，这些常规抛光方法需要高抛光压力，并且在低抛光压力下，高抛光速度变得不可能。因此，人们已经努力寻找能够在低压力下获得高抛光速度的抛光剂。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种廉价的、工业可应用的金属抛光组合物，其避免凹陷，改善平面性，增加金属层、特别是铜层的抛光的抛光速度，使得在低压力下实施高速抛光成为可能，并且改进产率。本专利技术的另一目的是提供用于金属层的抛光方法和使用此类金属抛光剂的晶片生产方法。作为旨在解决上述问题的深入研究的结果，本专利技术的专利技术人已经发现，如果包含在金属膜的抛光期间使用包含在金属层的表面上聚合并形成膜成膜化合物的金属抛光组合物，则上述问题可以得到解决，并且他们由此得以能够完成本专利技术。换而言之，本专利技术提供了包含在金属层的表面上聚合、在金属层的表面上形成聚合物膜的成膜化合物的用于抛光金属层的金属抛光组合物。在本专利技术的金属抛光组合物中，成膜化合物优选能够在选自金属层所包括的金属、金属氧化物和金属的离子的催化下聚合的化合物。另外，成膜化合物优选至少一种选自酚化合物和芳族二胺化合物的化合物。甚至更优选含有至少两个酚羟基的酚化合物，并且在这些含有至少两个酚羟基的酚化合物中，特别优选选自儿茶酚、连苯三酚、没食子酸、鞣酸和多酚的一种或多种化合物。多酚优选鞣酸。另外，本专利技术的金属抛光组合物优选也含有氧化剂，并且聚合反应优选氧化聚合反应。在将氧化剂加入组合物的情况下，氧化剂优选选自氧、臭氧、过氧化氢和过硫酸铵的至少一种化合物。本专利技术的金属抛光组合物也可含有有机酸和/或氨基酸。在将有机酸和/或氨基酸加入组合物的情况下，有机酸优选选自乙酸、乳酸、苹果酸、柠檬酸、酒石酸、乙醇酸、草酸和邻苯二甲酸的至少一种化合物。另外，本专利技术的金属抛光组合物优选还含有与金属层中所包括的金属、金属的氧化物和金属的离子络合物反应并形成不溶的络合物的形成的络合物的化合物。对于将形成络合物的化合物加入组合物的情况，形成络合物的化合物优选吡咯。在可能的吡咯中，优选苯并三唑。另外，本专利技术的金属抛光组合物还可包含磨料颗粒。如果加入磨料颗粒的话，磨料颗粒可使用至少一种选自氧化硅、氧化铝、氧化铈和有机磨料颗粒的材料。上述金属抛光组合物可用作用于形成于含有凹槽的晶片顶部以填充和覆盖凹槽的金属层的抛光的金属抛光组合物。在这些情况下，可以在含有凹槽的晶片顶部形成一层阻挡金属层。另外，上述金属可以包括优选铜或铜合金的金属层。在形成阻挡金属层的情况下，阻挡金属层优选由基于钽的金属形成。根据本专利技术的金属层的抛光方法使用上述用于金属层的抛光和平面化的金属抛光组合物。根据本专利技术的晶片生产方法包括使用上述金属层抛光方法进行形成于含有凹槽的晶片顶部以填充和覆盖凹槽的金属层的抛光和平面化的步骤。实施本专利技术的最佳模式以下详细描述本专利技术的实施方案。首先描述金属抛光组合物。金属抛光组合物用于抛光金属层。组合物包含在金属层表面聚合、在金属层表面形成聚合物膜的成膜化合物。金属抛光组合物通常是水溶液。可用该金属抛光组合物抛光的金属层的例子包括在包含当用金属填充时形成线路的凹槽或开孔的晶片表面形成的金属层。金属层中的金属的例子包括铝、铜、钨、镍、钽、氮化钽、如铷和铂的铂族金属或任何这些金属的合金。在列出的金属中，优选用于布线的铜或铜合金。晶片可使用由半导体等形成的晶片。成膜化合物的例子包括在金属层表面上选择性聚合、在金属层表面上形成聚合物膜的化合物，以及首先聚合、然后通过化学或物理过程选择性吸收在金属层表面上的化合物。这两种类型的化合物都是适宜的，尽管从形成均匀的聚合物膜的角度来看，在金属层表面选择性聚合、形成聚合物膜的化合物是优选的。在那些在金属层表面选择性聚合、在金属层表面产生聚合物膜的化合物中，其中金属层参与聚合的化合物是优选的，并且在这些类型的化合物中，从获得在金属表面上的聚合的高选择性的角度来看，金属层的金属、金属的氧化物或者金属的离子能够作为加速聚合的催化剂的化合物是优选的。成膜化合物的聚合的例子包括氧化聚合或缩聚，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于抛光金属层的金属抛光组合物，其含有在金属层表面上聚合、在金属层表面上形成聚合物膜的成膜化合物。2.权利要求1的金属抛光组合物，其中成膜化合物在选自包含在金属层中的金属、金属氧化物和金属离子的一种或多种物质的催化作用下聚合。3.权利要求1的金属抛光组合物，其中成膜化合物是选自酚类化合物和芳香二胺化合物的至少一种化合物。4.权利要求3的金属抛光组合物，其中酚类化合物含有至少两个酚羟基。5.权利要求4的金属抛光组合物，其中含有至少两个酚羟基的酚类化合物是选自儿茶酚、焦没食子酚、没食子酸、鞣酸和多酚的至少一种化合物。6.权利要求5的金属抛光组合物，其中多酚是鞣酸。7.权利要求1的金属抛光组合物，其另外含有氧化剂，其中所述聚合是氧化聚合。8.权利要求3的金属抛光组合物，其中氧化剂是选自氧、臭氧、过氧化氢和过硫酸铵的至少一种化合物。9.权利要求1的金属抛光组合物，其另外含有有机酸和/或氨基酸。10.权利要求9的金属抛光组合物，其中有机酸是选自醋酸、乳酸、马来酸、柠檬酸、酒石酸、乙醇酸、草酸和邻苯二甲酸的至少一种化合物。11.权利要求1的...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤孝志，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：