JP2002359223A - 洗浄液 - Google Patents
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Abstract
CuまたはCu合金からなる埋込み配線の形成工程での
CMP後にCu埋込み配線にダメージを与えることな
く、Cuの埋込み配線表面の錯体層を良好に除去するこ
とが可能な洗浄液を提供する。 【解決手段】 銅と反応して水に実質的に不溶性で、か
つ銅よりも機械的に脆弱な銅錯体を生成する水溶性の有
機酸を含む研磨組成物により銅または銅合金からなる薄
膜を化学的機械研磨した後に使用する洗浄液において、
少なくとも1種の有機アルカリを含有することを特徴と
する。
Description
しくは半導体装置等の電子デバイスの製造工程で適用さ
れる化学機械研磨(CMP)後の銅または銅合金からな
る配線の洗浄に用いられる洗浄液に関する。
11−29795号公報には、過酸化水素水やオゾン水
のような強酸化剤を用いてCMP後の銅配線を洗浄する
ことが開示されている。また、特開平10−64866
号公報には塩酸、フッ酸等の強酸を用いてCMP後の銅
配線を洗浄することが記載されている。
も酸化剤や強酸を使用するため、銅の配線表面にダメー
ジを与える虞がある。
31号公報、特開2000−282096号公報には防
食剤を添加して銅の配線表面にダメージを抑制して洗浄
することが開示されている。しかしながら、これらの方
法は洗浄後に銅配線表面に防食層が残存する問題があっ
た。
153472号公報には、銅配線の表面に錯体を形成し
つつブラシ洗浄で除去し、残存した錯体層を低圧水銀ラ
ンプの照射により分解除去する方法が開示されている。
しかしながら、この洗浄方法は複雑な装置を使用するた
め、操作が煩雑になる。
等の電子デバイスの製造においてCuまたはCu合金か
らなる埋込み配線の形成工程でのCMP後にCu埋込み
配線にダメージを与えることなく、Cuの埋込み配線表
面の錯体層を良好に除去することが可能な洗浄液を提供
しようとするものである。
銅と反応して水に実質的に不溶性で、かつ銅よりも機械
的に脆弱な銅錯体を生成する水溶性の有機酸を含む研磨
組成物により銅または銅合金からなる薄膜を化学的機械
研磨した後に使用する洗浄液において、少なくとも1種
の有機アルカリを含有することを特徴とするものであ
る。
成物中の有機酸はキナルジン酸であることが好ましい。
ルカリはアンモニア、水酸化テトラメチルアンモニウ
ム、トリメチル−2−ヒドロキシエチルアンモニウムハ
イドロオキサイド、TMAC、またはステアリントリメ
チルアンモニウムハイドロオキサイドであることが好ま
しい。
剤を含有することを許容する。
に説明する。
状に相当する溝およびビアフィルの形状に相当する開口
部から選ばれる少なくとも1つの埋込み用部材を形成す
る。
シリコン酸化膜、ボロン添加ガラス膜(BPSG膜)、
リン添加ガラス膜(PSG膜)等を用いることができ
る。
記絶縁膜上にCuまたはCu合金からなる配線材料膜を
形成する。
合金、Cu−Al合金、Cu−Si−Al合金、Cu−
Ag合金等を用いることができる。
膜は、スパッタ蒸着、真空蒸着、または無電解メッキ等
により形成される。具体的には、銅もしくは銅合金をス
パッタ法またはCVD法により堆積し、さらに無電解銅
メッキを施して銅または銅合金からなる配線材料膜を形
成する。
み部材の内面を含む前記絶縁膜上に銅拡散防止膜を形成
することを許容する。この銅拡散防止膜としては、例え
ばTaN、TaNb、W,WN,TaN,TaSiN,
Ta,Co,Zr,ZrNおよびCuTa合金から選ば
れる1層または2層以上から作られる。このような銅拡
散防止膜は、15〜50nmの厚さを有することが好ま
しい。
に実質的に不溶性で、かつ銅よりも機械的に脆弱な銅錯
体を生成する水溶性の有機酸を含む研磨組成物により化
学的機械研磨することにより、前記埋込み用部材に埋め
込まれた配線層およびビアフィルから選ばれる少なくと
も1つの導電部材を形成する。
ば2−キノリンカルボン酸(キナルジン酸)、2−ピリ
ジンカルボン酸、2,6−ピリジンカルボン酸、キノン
等を挙げることができる。
重量%以上含有されることが好ましい。前記有機酸の含
有量を0.1重量%未満にすると、CuまたはCu合金
の表面に銅よりも機械的に脆弱な銅錯体を十分に生成す
ることが困難になる。その結果、研磨時においてCuま
たはCu合金の研磨速度を十分に高めることが困難にな
る。より好ましい前記有機酸の含有量は、0.3〜1.
2重量%である。
金に前記研磨用組成物を接触させた際に銅の水和物を生
成する作用を有する酸化剤を含有することを許容する。
かかる酸化剤としては、例えば過酸化水素(H
2 O2 )、次亜塩素酸ソーダ(NaClO)のような酸
化剤を用いることができる。
酸に対して3倍未満にすると、CuまたはCu合金の表
面への銅錯体生成を十分に促進することが困難になる。
一方、前記酸化剤の含有量が重量割合で前記有機酸に対
して20倍を超えると銅もしくは銅合金の研磨速度が低
下する虞がある。
ミナのようなアルミナ粒子、シリカ粒子、シリカコート
アルミナ粒子、酸化セリウム粒子等の研磨砥粒を添加す
ることを許容する。
平均一次粒径を有し、球状もしくは球に近似した形状を
有することが好ましい。このような研磨砥粒を含む研磨
組成物を用いてCuまたはCu合金を研磨処理すると、
CuまたはCu合金の研磨表面への損傷を抑制すること
ができる。
8〜20重量%含有されることが好ましい。
性イオン性、陰イオン性、陽イオン性の界面活性剤が添
加されることを許容する。このような界面活性剤をさら
に含む研磨組成物は、後述するようにCuまたはCu合
金とSiN膜およびSiO2のような絶縁膜との選択研
磨性を高めることが可能になる。
ばポリエチレングリコールフェニルエーテル、エチレン
グリコール脂肪酸エステルを挙げることができる。
えばイミダゾリベタイン等を挙げることができる。
ばドデシル硫酸ナトリウム、ドデシル硫酸アンモニウム
等を挙げることができる。
ばステアリントリメチルアンモニウムクロライド等を挙
げることができる。
の形態で用いてもよい。
分散剤を含有すること許容する。この分散剤としては、
例えばポリビニルピロリドン(PVP)等を挙げること
ができる。
研磨装置を用いて行われる。すなわち、ターンテーブル
1上には例えば布、独立気泡を有するポリウレタン発泡
体から作られた研磨パッド2が被覆されている。研磨組
成物を供給するための供給管3は、前記研磨パッド2の
上方に配置されている。上面に支持軸4を有する基板ホ
ルダ5は、研磨パッド2の上方に上下動自在でかつ回転
自在に配置されている。
5により基板6をその研磨面(例えばCu膜)が前記研
磨パッド2に対向するように保持し、前記供給管3から
前述した組成の研摩液7を供給しながら、前記支持軸4
により前記基板6を前記研磨パッド2に向けて所望の加
重を与え、さらに前記ホルド5および前記ターンテーブ
ル1をそれぞれ同方向に回転させることにより前記基板
6上のCu膜が研磨される。
いて、基板ホルダで保持された基板を前記研磨パッドに
与える荷重は研磨組成物の組成により適宜選定される
が、例えば50〜1000g/cm2 にすることが好ま
しい。
成されたCuまたはCu合金からなる配線層およびビア
フィルから選ばれる少なくとも1つの導電部材を洗浄処
理するもので、少なくとも1種の有機アルカリを含有す
る。
ア、水酸化テトラメチルアンモニウム、トリメチル−2
−ヒドロキシエチルアンモニウムハイドロオキサイド、
TMAC、またはステアリントリメチルアンモニウムハ
イドロオキサイド等を挙げることができ、これらは単独
または2種以上の混合物の形態で用いることができる。
20重量%の割合で溶解されることが好ましい。洗浄液
中の有機アルカリの量を0.1重量%未満にすると、C
uまたはCu合金からなる導電材表面の錯体層を十分に
除去することが困難になる虞がある。一方、洗浄液中の
有機アルカリの量が20重量%を超えると層間絶縁膜が
エッチングされたり、研磨布が溶解されたりする虞があ
る。
消泡剤を含有することを許容する。
操作は、次のような方法を採用することができる。
す研磨装置の研磨パッドに洗浄液を供給しながら半導体
基板のCuまたはCu合金からなる導電部材を研磨する
ことにより、前記導電部材表面の錯体層を除去して洗浄
する方法。
なる導電部材が形成された半導体基板を洗浄液に浸漬す
ることにより、前記導電部材表面の錯体層を除去して洗
浄する方法。
なる導電部材が形成された半導体基板を洗浄液を用いて
ブラシ洗浄することにより、前記導電部材表面の錯体層
を除去して洗浄する方法。
なる導電部材が形成された半導体基板をブラシ洗浄し、
その後洗浄液に浸漬して前記導電部材表面の錯体層を除
去して洗浄する方法。
の研磨組成物でCuまたはCu合金の薄膜を化学的機械
研磨(CMP)を施した後に使用されるもので、有機ア
ルカリを含有することによって、CMP後のCuまたは
Cu合金(例えば埋め込み配線)表面に生成された錯体
層をその配線へのダメージを与えることなく良好に除去
して洗浄することができる。
して詳細に説明する。
板を用意し、この基板を前述した図1に示す研磨装置の
基板ホルダ5にそのCu薄膜15が研磨パッド2側に対
向するように逆さにして保持し、前記ホルダ5の支持軸
4により前記基板11をターンテーブル1上のローデル
社製商品名;IC1000/Suba400からなる研
磨パッド2に300g/cm2 の荷重を与え、前記ター
ンテーブル1およびホルダ5をそれぞれ63rpm、6
0rpmの速度で同方向に回転させながら、下記組成を
有する研磨組成物を供給管3を通して前記研磨パッド2
に供給して化学的機械研磨を行った。このような化学機
械研磨後のCu薄膜表面は疎水性を示していた。
> ・2−キノリンカルボン酸(キナルジン酸);0.57
重量%、 ・乳酸;1.00重量%、 ・過酸化水素;3.78重量%、 ・シリカコートアルミナ粒子(研磨砥粒);1.09重
量%、 化学機械研磨後の基板を研磨装置から取り出し、そのC
u薄膜表面に洗浄液である2.5%濃度のTMAH水溶
液を滴下した。その結果、Cu薄膜表面は親水性を示し
た。
る研磨組成物に表面にCu薄膜を形成した基板を10分
間浸漬した第1サンプルと、この第1サンプルを洗浄液
である2.5%濃度のTMAH水溶液に1分間浸漬した
第2サンプルを用意し、これら第1、第2のサンプルのC
u表面をX線光電子分光法(XPS法)で分析した。
サンプルはキナルジン酸に由来するNのピークが認めら
れた。これに対し、この第1サンプルをTMAH水溶液
に浸漬した(洗浄した)第2サンプルは、Nのピークが
認められず、Cu表面の錯体が除去されたことが確認さ
れた。
1に示す研磨装置を用いて基板表面のCu薄膜を研磨し
た後、同研磨装置において洗浄液である2.5%濃度の
TMAH水溶液を供給管3を通してローデル社製商品
名;IC1000/Suba400からなる研磨パッド
2に約200mL/分の流量で供給しながら、ホルダ5
の支持軸4により前記基板をターンテーブル1上の前記
研磨パッド2に300g/cm2 の荷重を与え、前記タ
ーンテーブル1およびホルダ5をそれぞれ63rpm、
60rpmの速度で同方向に回転させで研磨を行った。
たCu−キナルジン酸錯体と思われる青緑色の有機物が
消滅することを確認した。
うに基板11上にTEOSからなる厚さ1000nmの
絶縁膜12を形成し、この絶縁膜12に溝13を形成
し、この溝13の内面を含む前記絶縁膜12上に厚さ2
5nmのTa膜(銅拡散防止膜)14を形成し、さらに
このTa膜14上に厚さ1000nmのCu膜15を前
記溝13内を埋めるように形成した。
い、前記研磨装置の基板ホルダ5に図2の(A)に示す
基板11をそのCu膜15が研磨パッド2側に対向する
ように逆さにして保持し、前記ホルダ5の支持軸4によ
り前記基板11をターンテーブル1上のローデル社製商
品名;IC1000/Suba400からなる研磨パッ
ド2に300g/cm2 の荷重を与え、前記ターンテー
ブル1およびホルダ5をそれぞれ63rpm、60rp
mの速度で同方向に回転させながら、前記研磨組成物を
供給管3を通して前記研磨パッド2に供給して化学的機
械研磨を行った。この時、前記Cu膜15の研磨速度は
1200nm/分であった。このようなCu膜の研磨、
さらに露出したTa膜14の研磨を行うことにより図2
の(B)に示すように前記溝13内にTa膜14が残存
すると共に、このTa膜14で覆われた前記溝13内に
前記絶縁膜12表面と面一な平坦な表面を有するCuか
らなる埋込み配線層16が形成された。その後、この配
線層16は前記研磨組成物と接触することにより図2の
(C)に示すようにその配線層16表面にCu−キナル
ジン酸錯体層17が生成された。ひきつづき、同研磨装
置において洗浄液である2.5%濃度のTMAH水溶液
を供給管3を通してローデル社製商品名;IC1000
/Suba400からなる研磨パッド2に約200mL
/分の流量で供給しながら、ホルダ5の支持軸4により
前記基板をターンテーブル1上の前記研磨パッド2に3
00g/cm2 の荷重を与え、前記ターンテーブル1お
よびホルダ5をそれぞれ63rpm、60rpmの速度
で同方向に回転させで研磨を行った。その結果、図2の
(D)に示すように前記配線層16表面の錯体層17が
除去された。
に表面に錯体層が存在しないCuからなる埋込み配線層
16を形成することができる。また、この配線層16は
前記TMAH水溶液による洗浄時にコロージョンや多大
な溶出等のダメージを受けることがなかった。
れる有機アルカリとして水酸化テトラメチルアンモニウ
ムを用いたが、有機アルカリとしてアンモニア、トリメ
チル−2−ヒドロキシエチルアンモニウムハイドロオキ
サイド、TMAC、またはステアリントリメチルアンモ
ニウムハイドロオキサイドを用いても実施例と同様な効
果を発揮できることを確認した。
導体装置等の電子デバイスの製造においてCuまたはC
u合金からなる埋込み配線の形成工程でのCMP後にC
u埋込み配線にダメージを与えることなく、Cuの埋込
み配線表面の錯体層を良好に除去することが可能な洗浄
液を提供することができる。
を示す概略図。
工程を示す断面図。
Claims (4)
- 【請求項1】 銅と反応して水に実質的に不溶性で、か
つ銅よりも機械的に脆弱な銅錯体を生成する水溶性の有
機酸を含む研磨組成物により銅または銅合金からなる薄
膜を化学的機械研磨した後に使用する洗浄液において、 少なくとも1種の有機アルカリを含有することを特徴と
する洗浄液。 - 【請求項2】 前記研磨組成物中の有機酸は、キナルジ
ン酸であることを特徴とする請求項1記載の洗浄液。 - 【請求項3】 前記有機アルカリは、アンモニア、水酸
化テトラメチルアンモニウム、トリメチル−2−ヒドロ
キシエチルアンモニウムハイドロオキサイド、TMA
C、またはステアリントリメチルアンモニウムハイドロ
オキサイドであることを特徴とする請求項1記載の洗浄
液。 - 【請求項4】 さらに消泡剤を含有することを特徴とす
る請求項1記載の洗浄液。
Priority Applications (1)
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JP2001163303A JP4713767B2 (ja) | 2001-05-30 | 2001-05-30 | 洗浄液および半導体装置の製造方法 |
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