CN101333417B - 抛光液及使用该抛光液的抛光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于抛光含钌阻挡层的抛光液，所述抛光液被用于对半导体器件的化学机械抛光，所述的半导体器件在其表面上具有含钌阻挡层和导电金属布线，所述抛光液包含：氧化剂和抛光微粒，所述抛光微粒具有按莫氏硬度计为5以上的硬度和其中主要成分不同于二氧化硅(SiO2)的组成。本发明还提供一种用于化学机械抛光半导体器件的抛光方法，所述的方法使所述抛光液与被抛光的基板表面接触，和抛光被抛光的表面，使得从抛光垫到被抛光的表面的接触压力为0.69kPa至20.68kPa。
Description
技术领域
本发明涉及一种在制造半导体器件中采用的抛光液。更具体而言，本发明涉及一种在半导体器件上形成布线(wiring line)的工艺过程中为了平坦化而优选用于抛光主要使用钌作为阻挡层金属的基板的阻挡层的抛光液。
背景技术
近年来，在半导体器件如半导体集成电路(下文中，称作“LSI”)的发展中，为了使这样的器件小型化并提高它们的速度，已经通过降低布线的厚度以及形成多层布线来寻求提高的密度和集成。而且，为了实现这种目的，已经采用了各种技术，如化学机械抛光(下文中称作“CMP”)等。对于加工层如夹层绝缘膜的表面平坦化、对于插头的形成、对于埋入金属布线的形成等，CMP是必要的技术，并且CMP进行基板的平滑和从布线形成上将过量金属薄膜除去，以及将在绝缘膜的表面上的过量阻挡层除去。
CMP的常规方法是这样的方法：将抛光垫固定在圆形抛光工作台(抛光台板)的表面上，用抛光液浸渍抛光垫的表面，将基板(晶片)的表面按压到垫上，然后将抛光台板和晶片同时旋转，同时从它们的背侧施加预定量的压力(抛光压力)，从而使得晶片的表面通过由此产生的机械磨损而被平坦化。
当制备半导体器件如LSI时，在多个布线层内形成细线，并且当在这些层中的每一个内形成如铜的金属布线时，预形成如Ta、TaN、Ti或TiN的阻挡层金属，以防止布线材料扩散到一个或多个夹层绝缘膜内，以及提高布线材料的粘附。
为了形成各个布线层，通常地，首先在一个阶段或多个阶段进行对金属膜的CMP处理(下文中，称作“金属膜CMP”)，以将过量的通过电镀等沉积的布线材料移除，之后，进行CMP处理，以将已经暴露在金属膜表面上的阻挡层金属材料(阻挡层金属)移除(下文中，称作“阻挡层金属CMP”)。然而，金属膜CMP可能引起过度抛光，这种过度抛光被称作表面凹陷，以及引起布线部分侵蚀的发生。
为了降低这样的表面凹陷，在这种在金属膜CMP之后的阻挡层金属CMP中，应当形成布线层，在该布线层中，由于表面凹陷、侵蚀等引起的水平面差最终通过调节金属布线部分的抛光速率和阻挡层金属部分的抛光速率而降低。具体地，在阻挡层金属CMP中，因为当与金属布线材料的抛光速率相比，阻挡层金属和夹层绝缘膜的抛光速率较低时，可能产生由于布线部分的过度抛光所带来的表面凹陷以及由表面凹陷所引起的侵蚀，所以优选的是，阻挡层金属和绝缘层的抛光速率适度地高。这样不仅具有提高阻挡层金属CMP的处理量的优点，而且由于上述原因，还需要相对地提高阻挡层金属和绝缘层的抛光速率，因为在实践中，金属膜CMP通常会引起表面凹陷。
近年来，随着布线厚度的减小，在保护金属布线的阻挡层中也要求不降低阻挡效果的更小厚度。结果，钌已经处于研究之中，因为它即使形成为薄层时也具有优良的阻挡效果。由于与通常用于阻挡层中的钽相比，钌具有更高的硬度，因此与使用钽时相比，针对阻挡层抛光所特有的问题，钌被认为显示出更显著的效果。
CMP中采用的金属抛光液通常包括磨料粒(例如，氧化铝或硅石)和氧化剂(例如，过氧化氢和过硫酸)。据认为基本的抛光机理是：金属表面被氧化剂氧化，然后将由此形成的氧化膜用磨料粒移除。
然而，当在CMP处理中使用包含这些种类的固体磨料粒的抛光液时，可能产生如下的问题：例如，抛光损伤(擦伤)、整个抛光表面被过度抛光的现象(变薄)、抛光金属表面凹陷的现象(表面凹陷)、以及由于在金属布线层之间放置的绝缘体的过度抛光导致多个金属布线表面凹陷的现象(侵蚀)等。
而且，存在成本有关的问题，如常规使用的在用含有固体磨料粒的抛光液进行抛光之后从半导体表面上消除残余抛光液的清洁方法会复杂，例如要求：当处置这种清洁后的液体(废液)时，必须将固体磨料粒沉淀。
对于含有这种固体磨料粒的抛光液，进行了下列研究。
例如，提出了旨在实现高的抛光速率，而实际上不产生擦伤的CMP抛光剂和抛光方法(例如，日本专利申请公开2003-17446)；用于提高CMP的可洗涤性的抛光组合物和抛光方法(例如，日本专利申请公开2003-142435)；以及旨在防止磨料粒聚集的抛光组合物(例如，日本专利申请公开2000-84832)。
然而，即使在所述抛光液中，仍然没有用以实现在抛光阻挡层时高的抛光速率，同时抑制由固体磨料粒的聚集而引起的擦伤的技术。
此外，近年来，随着布线厚度的减小，除了铜晶种膜阶梯覆盖的提高之外，还要求阻挡层金属阶梯覆盖的提高，并且新的成膜工艺已经处于开发之中。具体而言，在这些中，考虑到铜扩散性能、RC时间常数的减小和可靠性，相对于常规用来覆盖阻挡层金属的由溅射系统(溅射方法)或物理气相沉积(PVD)系统形成的膜的性能，通过使用原子层沉积(ALD)系统沉积而形成的膜具有优良的性能，并且在成本和伸展性方面也是优异的。使用ALD系统的膜沉积是一种使用在基板表面上的化学反应的方法，该方法通过交替地将多种气体或气态原料供应到反应室中而形成膜，并且特征在于，可以将膜厚度控制在原子层水平，并且可以在更低的温度形成更好质量的膜。特别地，得到的膜可以使通孔或沟槽的阻挡层的体积最小并且降低布线电阻，从而减小器件的RC时间常数。
常规上，在将ALD系统用来覆盖阻挡层金属的同时，将由溅射系统形成的阻挡膜用来评价抛光金属用的液体。如上所述，由于被抛光的阻挡层金属膜的膜质量根据膜沉积系统而不同，所以在许多情况下抛光行为可以完全不同。根据本发明人的评价，发现即使使用相同的抛光液，与由ALD系统形成的钌膜相比，由溅射系统形成的钌膜也显示出高几倍至几十倍的抛光速率。由于不清楚常规的金属抛光液在通过不仅使用溅射系统而且使用ALD系统的沉积而形成的膜中是否也可以达到优良的抛光速率，所以需要一种金属抛光液，该金属抛光液即使对于由ALD系统形成的阻挡膜，并且特别是对于钌膜，也可以显示出没有任何实际问题的抛光性能。
发明内容
本发明提供一种在含钌的阻挡层的阻挡层CMP抛光工艺中采用的使用固体磨粒的抛光液。本发明提供一种在抛光含钌阻挡层时可以达到优良抛光速率的金属用抛光液。此外，本发明还提供一种使用所述金属用抛光液的化学机械抛光方法，所述的方法在将钌用于阻挡层时可以达到阻挡层的高抛光速率。
本发明是考虑到上述情形做出的，并且提供一种抛光液。
即，本发明的第一方面是一种用于抛光含钌阻挡层的抛光液，所述抛光液被用于对半导体器件的化学机械抛光，所述的半导体器件在其表面上具有含钌阻挡层和导电金属布线，所述抛光液包含：氧化剂；和抛光微粒，所述抛光微粒具有按莫氏硬度计为5以上的硬度并且具有其中主要成分不同于二氧化硅(SiO2)的组成。
本发明的第二方面是一种用于化学机械抛光半导体器件的抛光方法，所述的方法包括：使抛光液与待抛光的基板表面接触，所述抛光液包含氧化剂和抛光微粒，所述抛光微粒具有按莫氏硬度计为5以上的硬度和其中主要成分不同于二氧化硅(SiO2)的组成，所述的基板在其表面上具有含钌阻挡层和导电金属布线；和抛光待抛光的表面，使得从抛光垫到待抛光的表面的接触压力为0.69kPa至20.68kPa。
具体实施方式
以下，将解释本发明的具体实施方案。
本发明的抛光液是用于抛光提供有金属布线和含钌阻挡层的半导体器件的阻挡层的抛光液。抛光液至少含有：作为必要成分的氧化剂和抛光微粒，所述抛光微粒具有按莫氏硬度计为5以上的硬度并且具有含不同于二氧化硅(SiO2)的主要成分的组成(以下，偶尔称作“特定抛光微粒”)；并且任意包括：已知的成分如腐蚀抑制剂、含有羧基的化合物、表面活性剂或水溶性聚合物。本文中，“主要成分”是指这样的成分，其在抛光微粒中含有的量相对于抛光微粒的总量为50质量％以上。
本发明的“抛光液”不仅包括在用于抛光时的抛光液(具体地，根据需要稀释的抛光液)，而且包括抛光液的浓缩液。浓缩液或浓缩的抛光液指的是溶质浓度被调节到高于用于抛光时的抛光液浓度的水平且在抛光时用水或水溶液稀释而使用的抛光液。稀释比按体积计通常为1至20倍。在本说明书中的表述“浓缩物”和“浓缩液”是作为常规用来表示“浓缩物”或“浓缩液”的表述使用的，即，比使用时的状态更浓的状态，而不是伴随物理浓缩过程如蒸发等的通常术语的意义。
下文中，将更详细地解释本发明的抛光液的每种构成成分。
具有按莫氏硬度计为5以上的硬度并且具有含不同于二氧化硅(SiO2)的主要成分的组成的抛光微粒
本发明中，为了有效地抛光比钽硬的阻挡膜，将具有按莫氏硬度计为5以上的硬度的硬质微粒用于所述的抛光微粒。
本发明中，莫氏硬度由10级组成，并且是基于与相应的级对应的标准材料的硬度确定的。
具体地，具有按莫氏硬度计为5的硬度的标准材料是磷灰石(硬度Hk＝430)，并且要求构成在本发明中采用的抛光微粒的材料具有比磷灰石的硬度高的莫氏硬度。按莫氏硬度计为10的硬度表示最硬级，并且此级的标准材料是金刚石。
在抛光微粒中常规采用的二氧化硅具有按莫氏硬度计为7的硬度(硬度为7的标准材料是石英)，并且比硬度为5的磷灰石硬，且比金刚石软。但是，当将硅石微粒用于钌抛光时，不能得到足够的抛光速率。尽管对此的原因不清楚，但认为是：通过在硅石微粒表面上的活性硅烷醇基，钌表面可以与其它添加剂如水化学反应，因此将钌表面改变成难以抛光的表面。这种趋势在由可以形成优异质量的膜的ALD系统沉积的钌膜中显著。
构成抛光微粒的材料优选具有含有选自下列原子中的主要成分的组成：C、Co、Ni、Fe、Zr、Mg、Y、La、Sn、Ce、Pr、Nd、Al、Ti、Cr、Zn、Si、Mn、Dy、Er、Eu、Gd、Ho、La、Lu、Nd、Sc、Sm、Tb、Tm和Yb。材料的更具体实例包括：金刚石(莫氏硬度：10；Hk：7000)、γ-氧化铝(莫氏硬度：8至9；Hk：1300至2000)、α-氧化铝(莫氏硬度：9；Hk：1900至2500)、熔凝氧化铝(莫氏硬度：9；Hk：2100；作为晶体)、氧化铬(莫氏硬度：8至9；Hk：1200至2100)、氧化锆(莫氏硬度：7至9；Hk：1200至2000)、碳化硅(莫氏硬度：8至10；Hk：2480)、氧化铁(莫氏硬度：5至7；Hk：1000至1600)、氧化锌(莫氏硬度：5至7；Hk：1000至1500)、氧化铈(莫氏硬度：5至7；Hk：1000至1600)、氮化硅(莫氏硬度：5至7；Hk：1000至1500)、氧化钛(莫氏硬度：5至8；Hk：1000至2000)、氧化钴(莫氏硬度：5至7；Hk：900至1500)、和氧化锰(莫氏硬度：5至7；Hk：1000至1600)。
微粒的莫氏硬度是由如下方法确定：使用莫氏硬度的标准材料刮擦被测量的材料的表面，并且研究在被测量的材料上是否存在擦痕。
考虑到以更高的速率抛光Ru的能力，在这些微粒原料中，优选金刚石、α-氧化铝、氧化锆、γ-氧化铝、熔凝氧化铝、氧化铬、碳化硅和氧化钛。
抛光微粒的平均初级粒径优选在10nm至500nm的范围内，并且更优选在20nm至300nm的范围内。
本文中，平均初级粒径是通过如下方法得到值：用SEM(扫描电子显微镜)观察抛光微粒，并且测量构成一个粒子的最小组分粒径。
相对于抛光液的总质量，抛光微粒的含量按总固体计优选在0.1％至15质量％范围内，并且更优选在0.5％至10质量％的范围内。
本发明中，除了特定抛光微粒，可以使用除特定抛光微粒以外的抛光微粒，只要不以任何方式不利地影响本发明的效果即可。在此情况下，相对于抛光微粒的总量，特定抛光微粒的含量优选不低于50质量％，并且更优选不低于80质量％。含有的全部研磨剂可以是特定抛光微粒。
在本发明的抛光液中可以与特定抛光微粒组合使用的抛光微粒的实例包括：熔凝硅石、铈土、氧化铝、氧化钛等。类似于特定抛光微粒的直径，这些已知抛光微粒的平均初级粒径优选在10nm至500nm范围内。
氧化剂
本发明的抛光液包含能够氧化被抛光金属的化合物(氧化剂)。
氧化剂的实例包括例如过氧化氢、过氧化物、硝酸盐、碘酸盐、高碘酸盐、次氯酸盐、亚氯酸盐、氯酸盐、高氯酸盐、过硫酸盐、重铬酸盐、高锰酸盐、臭氧水、银(II)盐和铁(III)盐。这些中，优选使用过氧化氢。
作为铁(III)盐，可以优选使用无机铁(III)盐如硝酸铁(III)、氯化铁(III)、硫酸铁(III)或溴化铁(III)，以及铁(III)的有机配盐。
可以根据在阻挡层CMP的早期阶段的表面凹陷量调节所添加的氧化剂的量。当在阻挡层CMP的早期阶段的表面凹陷量大，即，在阻挡层CMP中布线材料的需要抛光量不大时，氧化剂添加量优选小。另一方面，当表面凹陷量显著小并且需要布线材料的高速率抛光时，氧化剂的添加量优选大。如上所述，被添加的氧化剂的添加量优选根据在阻挡层CMP的早期阶段的表面凹陷条件进行改变，并且相对于在用于抛光时的1升抛光溶液，优选为0.01摩尔至1摩尔，并且更优选为0.05摩尔至0.6摩尔。
在本发明的抛光液中，除了上述基本成分的特定抛光微粒和氧化剂外，根据目的，可以任意地使用其它已知的添加剂成分，只要不以任何方式不利地影响本发明的效果即可。
下面将描述这些添加剂成分。
腐蚀抑制剂：
本发明的抛光液包括腐蚀抑制剂，该腐蚀抑制剂通过吸附到被抛光表面并且在其上形成膜而抑制金属表面的腐蚀。本发明的腐蚀抑制剂优选包含在分子内具有至少三个氮原子并且具有稠环结构的杂芳族环化合物。此处，“至少三个氮原子”优选为构成稠环的原子，并且杂芳族化合物优选为苯并三唑或其通过将各种取代基结合到苯并三唑中获得的改性化合物。
在本发明中可以使用的腐蚀抑制剂的实例包括苯并三唑、1，2，3-苯并三唑、5，6-二甲基-1，2，3-苯并三唑、1-(1，2-二羧基乙基)苯并三唑、1-[N，N-二(羟基乙基)氨基甲基]苯并三唑和1-(羟基甲基)苯并三唑。这些中，更优选选择1，2，3-苯并三唑、5，6-甲基-1，2，3-苯并三唑、1-(1，2-二羧基乙基)苯并三唑、1-[N，N-二(羟基乙基)氨基甲基]苯并三唑和1-(羟基甲基)苯并三唑。
相对于用于抛光时的抛光液的量，腐蚀抑制剂的添加量优选为0.01质量％至0.2质量％，并且更优选为0.05质量％至0.2质量％。具体地，从防止表面凹陷的扩展考虑，腐蚀抑制剂的添加量优选为不小于0.01质量％，并且从储存稳定性考虑，优选为不大于0.2质量％。
分子中含有羧基的化合物：
本发明的抛光液可以优选包括分子中含有羧基的化合物。尽管不以任何方式特别限制该化合物，只要该化合物在分子中具有至少一个羧基即可，但是考虑到抛光速率的提高，优选由以下式(A)表示的化合物。
而且，从成本效率考虑，优选在分子中存在1至4个羧基，并且更优选在分子中存在1个或2个羧基。
式(A)
RA1-O-RA2-COOH
式(A)中，RA1和RA2各自独立地表示烃基，优选含有1至10个碳原子的烃基。
RA1为一价烃基，并且优选含有1至10个碳原子的烷基如甲基、环烷基等；芳基如苯基等；烷氧基或芳氧基。RA2为二价烃基，并且优选为含有1至10个碳原子的亚烷基，如亚甲基、亚环烷基等；亚芳基，如亚苯基等；以及亚烷基氧基。
由RA1和RA2表示的烃基还可以具有取代基。可以结合的取代基的实例包括含有1至3个碳原子的烷基、芳基、烷氧基、羧基等。在取代基为羧基的情况下，该化合物具有多个羧基。
而且，RA1和RA2可以彼此结合形成环状结构。
由式(A)表示的化合物的实例包括例如2-呋喃甲酸、2，5-呋喃二甲酸、3-呋喃甲酸、2-四氢呋喃甲酸、二甘醇酸、甲氧基乙酸、甲氧基苯基乙酸和苯氧基乙酸。这些中，考虑到抛光速率的提高，优选2，5-呋喃二甲酸、2-四氢呋喃甲酸、二甘醇酸、甲氧基乙酸和苯氧基乙酸。
相对于用于抛光的抛光液的量，含有羧基的化合物(优选地，由式(A)表示的化合物)的添加量优选为0.1质量％至5质量％，并且更优选为0.5质量％至2质量％。具体地，从达到足够的抛光速率考虑，含有羧基的化合物的量优选为不小于0.1质量％，并且从防止过分表面凹陷考虑，优选为不大于5质量％。
有机酸
本发明的抛光液还可以包括有机酸。
本文中，有机酸具有促进氧化、调节pH和起缓冲剂作用的功能。
有机酸优选选自：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(heanoic acid)、正辛酸、2-乙基己酸、苯甲酸、乙醇酸、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；它们的盐，包括铵盐、碱金属盐、硫酸盐、硝酸盐、氨盐和铵盐；和它们的混合物。
这些中，对于具有选自铜、铜合金以及铜或铜合金的氧化物中的至少一种的金属层的层压膜，优选甲酸、丙二酸、苹果酸、酒石酸和柠檬酸。
优选的有机酸的实例包括氨基酸。
氨基酸优选为水溶性的，并且更优选包括选自下列氨基酸中的至少一种氨基酸，所述的氨基酸如甘氨酸、L-丙氨酸、β-丙氨酸、L-2-氨基丁酸、L-正缬氨酸、L-缬氨酸、L-亮氨酸、L-正亮氨酸(norleocine)、L-异亮氨酸、L-别异亮氨酸、L-苯丙氨酸、L-脯氨酸、肌氨酸、L-鸟氨酸、L-赖氨酸、tairome、L-丝氨酸、L-苏氨酸、L-别苏氨酸、L-高丝氨酸、L-酪氨酸、3，5-二碘-L-酪氨酸、β-(3，4-二羟基苯基)-L-丙氨酸、L-甲状腺素、4-羟基(hyroxy)-L-脯氨酸、L-半胱氨酸、L-甲硫氨酸、L-乙硫氨酸、L-羊毛硫氨酸、L-胱硫醚、L-胱氨酸、L-磺基丙氨酸、L-天冬氨酸、L-谷氨酸、S-(羧甲基)-L-胱氨酸、4-氨基丁酸、L-天冬酰胺、L-谷氨酰胺(glutamine)、重氮丝氨酸、L-精氨酸、L-刀豆氨酸、L-瓜氨酸、δ-羧基-L-赖氨酸、肌酸、L-犬尿氨酸、L-组氨酸、1-甲基-L-组氨酸、3-甲基-L-组氨酸、麦角硫因、L-色氨酸、放线菌素C1、蜂毒明肽(apamine)、血管紧张素I、血管紧张素II、antipine等。
这些中，考虑到在保持实用的CMP速率的同时有效地抑制蚀刻速率，特别优选苹果酸、酒石酸、柠檬酸、甘氨酸和乙醇酸。
相对于在用于抛光时的1升抛光液，有机酸的添加量优选为0.0005摩尔至0.5摩尔，更优选为0.005摩尔至0.3摩尔，并且特别优选为0.01摩尔至0.1摩尔。即，考虑到抑制蚀刻，相对于在用于抛光时的1升抛光液，有机酸的添加量优选不大于0.5摩尔，并且考虑到达到充分的效果，优选不小于0.0005摩尔。
阳离子季铵盐化合物：
考虑到提高平坦化性能和微粒的分散稳定性，优选将阳离子季铵盐化合物加入到本发明的抛光液中。
不以任何方式特别限制本文所用的阳离子季铵盐化合物，只要该化合物在分子结构内具有包括一个或两个季氮的构造即可。考虑到对膜抛光性能更少的抑制效果，优选阳离子季铵盐化合物是由下式(1)或式(2)表示的阳离子。
以下，将解释由下式(1)或式(2)表示的化合物：
式(1)
式(2)
在式(1)中，R1至R4中的每一个表示含有1至18个碳原子的烃基。由R1至R4表示的烃基的实例包含烷基、芳基和苯基。这些中，优选具有1至5碳原子的直链结构的烷基。
由式(1)表示的化合物的实例包括包括四甲基铵、四乙基铵、四丙基铵、四丁基铵或四戊基铵。
式(2)中，R1至R6各自独立地表示含有1至20个碳原子的烷基、含有1至20个碳原子的链烯基、环烷基、芳基或芳烷基。此外，基团R1至R6中的一对或多对可以相互结合形成环状结构。
由R1至R6表示的含有1至20个碳原子的烷基的实例包括甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基和辛基。这些中，优选甲基、乙基、丙基和丁基。
此外，作为由R1至R6表示的链烯基，优选含有2至10个碳原子的链烯基，并且其实例包括乙炔基、丙基等。
由R1至R6表示的环烷基的实例包括环己基、环戊基等。这些中，优选环己基。
由R1至R6表示的芳基的实例可以包括丁炔基(butynyl group)、戊炔基(pentynyl group)、己炔基(hexynyl group)、苯基、萘基等。这些中，优选苯基。
由R1至R6表示的芳烷基的实例包括苄基。
由R1至R6表示的每种基团还可以具有取代基。可以被引入的取代基的实例包括羟基、氨基、羧基、杂环基、吡啶鎓基、氨基烷基、磷基、亚氨基、硫醇基、磺基、硝基等。
在式(2)中，X表示含有1至10个碳原子的亚烷基、亚链烯基、亚环烷基、亚芳基，或它们中两个以上基团的组合。
除所述有机连接基团之外，由X表示的连接基团还可以包括在其链内的连接基团，如-S-、-S(＝O)2-、-O-或-C(＝O)-。
含有1至10个碳原子的亚烷基的优选实例包括亚甲基、亚乙基、亚丙基、亚丁基、亚戊基、亚己基、亚庚基、亚辛基等。这些中，亚乙基和亚戊基是优选的。
亚链烯基的实例包括亚乙炔基、亚丙炔基等。这些中，亚丙炔基是优选的。
亚环烷基的实例包括亚环己基、亚环戊基等。这些中，亚环己基是优选的。
亚芳基的实例包括亚苯基和亚萘基。这些中，亚苯基是优选的。
所述连接基团中的每一种还可以具有取代基。可以被引入的取代基的实例包括羟基、氨基、磺酰基、羧基、杂环基、吡啶鎓基、氨基烷基、磷基、亚氨基、硫醇基、磺基、硝基等。
在本发明的抛光液中，基于用于抛光时的抛光液的质量，阳离子季铵盐化合物的添加量优选为0.00001质量％至10质量％，并且更优选为0.0001质量％至1质量％。具体地，考虑到达到微粒的稳定分散，季铵盐化合物的含量优选不小于0.00001质量％，并且考虑到更好的平坦化性能，优选不大于10质量％。
表面活性剂
本发明的抛光液可以包括表面活性剂。
通过调节本发明中采用的表面活性剂的类型和量，可以控制并且提高绝缘层的抛光速率。
在表面活性剂中，从提高抛光绝缘层时的抛光速率考虑，优选由下式(3)表示的化合物，而从控制抛光绝缘层时的抛光速率考虑，优选由下式(4)表示的化合物。
式(3)
R-SO3 -
在式(3)中，R表示烃基，优选含有6至20个碳原子的烃基。
具体地，优选例如含有6至20个碳原子的烷基和芳基，如苯基、萘基等。而且，这种烷基或芳基还可以进一步包含取代基，如烷基等。
由式(3)表示的化合物的具体实例包括化合物如癸基苯磺酸、十二烷基苯磺酸、十四烷基苯磺酸、十六烷基苯磺酸、十二烷基萘磺酸、十四烷基萘磺酸等。
式(4)
在式(4)中，R1至R4各自独立地表示含有1至18个碳原子的烃基。然而，式(4)不包括R1至R4全部都为相同烃基的情况。
由R1至R4表示的烃基的实例包含烷基、芳基、苯基等。这些中，优选具有直链或支链结构并且具有1至20个碳原子的烷基。
基团R1至R4中的一对或多对可以彼此结合形成环状结构，如吡啶结构、吡咯烷结构、哌啶结构或吡咯结构。
由式(4)表示的具体化合物的实例包括例如化合物如月桂基三甲基铵、月桂基三乙基铵、硬脂基三甲基铵、棕榈基三甲基铵、辛基三甲基铵、十二烷基吡啶鎓、癸基吡啶鎓或辛基吡啶鎓。
与由式(3)或(4)表示的那些不同的阴离子表面活性剂的实例包括羧酸盐、硫酸盐和磷酸盐。
更具体而言，羧酸盐的优选实例包括皂、N-酰基氨基酸盐、聚氧乙烯烷基醚羧酸盐或聚氧丙烯烷基醚羧酸盐、酰化肽；硫酸盐的优选实例包括硫酸化油、烷基硫酸盐、烷基醚硫酸盐、聚氧乙烯或聚氧丙烯烷基烯丙基醚硫酸盐、烷基酰胺硫酸盐；以及，磷酸盐的优选实例包括烷基磷酸盐、聚氧乙烯或聚氧丙烯烷基烯丙基醚磷酸盐。
相对于用于抛光时的1升的抛光液，表面活性剂的总添加量优选为0.001g至10g，更优选为0.01g至5g，并且还更优选为0.01g至1g。具体地，从实现充分效果考虑，表面活性剂的添加量优选为不小于0.01g，并且从防止CMP速率降低考虑，优选为不大于1g。
亲水性聚合物
本发明的抛光液还可以含有亲水性聚合物。
通过调节本发明中采用的亲水性聚合物的种类和量，可以控制或提高绝缘层的抛光速率。
本发明中采用的亲水性聚合物的实例包括：醚如聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇、聚乙二醇烷基醚、聚乙二醇链烯基醚、烷基聚乙二醇、烷基聚乙二醇烷基醚、烷基聚乙二醇链烯基醚、链烯基聚乙二醇、链烯基聚乙二醇烷基醚、链烯基聚乙二醇链烯基醚、聚丙二醇烷基醚、聚丙二醇链烯基醚、烷基聚丙二醇、烷基聚丙二醇烷基醚、烷基聚丙二醇链烯基醚、链烯基聚丙二醇、链烯基聚丙二醇烷基醚或链烯基聚丙二醇链烯基醚；多糖如羧甲基纤维素、凝胶多糖或支链淀粉；氨基酸盐如甘氨酸铵盐或甘氨酸钠盐；聚羧酸及其盐如聚天冬氨酸、聚谷氨酸、聚赖氨酸、聚苹果酸、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸铵盐、聚甲基丙烯酸钠盐、聚马来酸、聚衣康酸、聚富马酸、聚(对苯乙烯羧酸)、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、氨基聚丙烯酰胺、聚丙烯酸铵盐、聚丙烯酸钠盐、聚酰胺酸盐(聚酰胺酸)或聚乙醛酸；和乙烯基聚合物如聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮或聚丙烯醛。
相对于用于抛光时的1升抛光液，亲水性聚合物的总添加量优选为0.001g至10g，更优选为0.01g至1g，并且再更优选为0.02g至0.5g。
具体地，考虑到达到充分的效果，被加入的表面活性剂和/或亲水性聚合物的量优选不小于0.001g，并且考虑到防止CMP速率的降低，优选不大于10g。此外，表面活性剂和/或亲水性聚合物的重均分子量优选为500至100000，并且更优选2000至50000。亲水性聚合物可以单独使用或组合其两种以上使用。可以组合使用不同种类的表面活性剂。
抛光液的pH的调节
本发明的抛光液的pH优选在2.0至12.0范围内。通过调节抛光液的pH值在此范围内，可以更显著地调节夹层的抛光速率。
为了将pH值调节在上述所需范围内，可以使用碱/酸或缓冲剂。当pH值在上述范围内时，本发明的抛光液可以达到优良的效果。
碱/酸或缓冲剂的实例优选包括氨；有机氢氧化铵，如氢氧化铵或氢氧化四甲铵；非金属碱性试剂，如，烷醇胺如二乙醇胺、三乙醇胺或三异丙醇胺；碱金属氢氧化物，如氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化锂；无机酸，如硝酸、硫酸或磷酸；碳酸盐，如碳酸钠；磷酸盐，如磷酸三钠；硼酸盐；四硼酸盐；羟基苯甲酸盐等。这些中，特别优选氢氧化铵、氢氧化钾、氢氧化锂和氢氧化四甲铵。
碱/酸或缓冲剂的添加量可以被确定为任意量，只要它保持pH值在所需范围内即可，并且相对于用于抛光时的1升抛光液，优选为0.0001摩尔至1.0摩尔，并且更优选为0.003摩尔至0.5摩尔。
螯合剂：
为了降低结合其中的多价金属离子等的不利影响，必要时，本发明的抛光液可以优选包含螯合剂(即，软水剂)。
螯合剂的实例包括用作钙或镁沉淀抑制剂的通用软水剂或其类似化合物，例如，氨三乙酸；二亚乙基三胺五乙酸；乙二胺四乙酸；N，N，N-三亚甲基膦酸；乙二胺-N，N，N’，N’-四亚甲基磺酸；反式-环己烷二胺四乙酸；1，2-二氨基丙烷四乙酸；乙二醇醚二胺四乙酸；乙二胺邻羟基苯基乙酸；乙二胺琥珀酸(SS)；N-(2-羧酸酯乙基)-L-天冬氨酸；β-丙氨酸二乙酸；2-膦酰基丁烷-1，2，4-三羧酸、1-羟基-亚乙基-1，1-二膦酸；N，N’-双(2-羟基苄基)乙二胺-N，N’-二乙酸；和1，2-二羟基苯-4，6-二磺酸等。
必要时，可以将两种以上的螯合剂组合使用。
所添加的螯合剂量可以确定为任意量，只要它充分捕获金属离子如多价金属离子即可，并且相对于用于抛光时的1升抛光液，可以为例如0.0003摩尔至0.07摩尔。
典型地，本发明的抛光液适合于抛光由用于防止铜扩散的阻挡层金属材料构成的阻挡层，所述阻挡层放置在由铜金属和/或铜合金构成的布线和夹层绝缘膜之间。
阻挡层金属材料：
考虑到作为低电阻金属并且即使在形成为薄层时也具有优异的阻挡性能，将钌用作构成阻挡层的材料，其是通过使用本发明的抛光液进行抛光的对象。可以将钌单独使用，或作为与另一种金属的合金使用，或作为改性化合物如氧化钌或氮化钌使用。
可以由任何给定的方法形成本发明的含钌阻挡层。可以将本发明的抛光液应用到通过已知的膜形成方法如溅射系统、ALD系统或PVD(物理气相沉积)系统获得的任何膜上。本发明的抛光液在应用到由ALD系统形成的钌膜时显示出显著的效果，而应用一般的抛光液不能得到优良的抛光速率。
夹层绝缘膜
可以用本发明的抛光液抛光的夹层绝缘膜的实例，除常规使用的夹层绝缘膜如含四乙氧基硅烷(TEOS)的那些之外，还包括：由介电常数低至约3.5至2.0的材料构成的夹层绝缘膜，如含有机聚合物、氧碳化硅(SiOC)化合物或掺杂氟的氧化硅(SiOF)化合物的那些，它们常规地被称作低-k膜。
一般介电材料如TEOS的介电常数在约3.8至约4.2的范围内。
作为具有低介电常数的夹层绝缘膜，优选具有有机硅氧烷结构并且介电常数为3.0以下的绝缘膜。
可以将形成有有机硅氧烷结构并且介电常数为3.0以下的绝缘膜的材料用作用于形成具有低介电常数的夹层绝缘膜的材料而没有任何特别限制。
材料的优选实例包括：具有有机硅氧烷结构的有机材料，如SiOC(例如，含有许多Si-C键或Si-H键的SiOC)，甲基硅倍半氧烷(MSQ)等。
有机硅氧烷结构的实例包括由下式(5)表示的结构：
式(5)
式(5)中，R7表示氢原子、烃基或OR9，和R8表示烃基或OR10。R9和R10各自独立地表示烃基。
式(5)中，由R7至R10表示的烃基的具有实例包括脂族烃基和芳族烃基。
可以用于形成具有低介电常数的绝缘膜的材料的实例包括：SiOC材料如HSG-R7(商品名，由Hitachi Chemical Company，Ltd.制造，介电常数：2.8)，BLACKDIAMOND(商品名，由Applied Materials，Inc.制造，介电常数：2.4至3.0)，p-MTES(商品名，由Hitachi Kaihatsu制造，介电常数：3.2)，CORAL(商品名，由Novellus Systems，Inc制造，介电常数：2.4至2.7)或AURORA(商品名，由Japan AMS制造，介电常数：2.7)；和甲基硅倍半氧烷(MSQ)材料如OCDT-9(商品名，由Tokyo Ohka Kogyo Ltd.制造，介电常数：2.7)，LKB-T200(商品名，由JSR制造，介电常数：2.5至2.7)，HOSP(商品名，由Honeywell Electronic Materials制造，介电常数：2.5)，HSG-RZ25(商品名，由Hitachi Chemical Company，Ltd.制造，介电常数：2.5)，OCLT-31(商品名，由Tokyo Ohka Kogyo Ltd.制造，介电常数：2.3)，LKD-T400(商品名，由JSR制造，介电常数：2.0至2.2)，HSG-6211X(商品名，由Hitachi Chemical Company，Ltd.制造，介电常数：2.1)，ALCAP-S(商品名，由Asahi Chemical Industry Co.，Ltd.制造，介电常数：1.8至2.3)，OCLT-77(商品名，由Tokyo Ohka Kogyo Ltd.制造，介电常数：1.9至2.2)，HSG-6211X(商品名，由Hitachi Chemical Company，Ltd.制造，介电常数：2.4)或硅石气凝胶(商品名，由Kobe Steel Ltd.制造，介电常数：1.1至1.4)，但是本发明不限于这些实例。
可以将在形成具有低介电常数的绝缘膜中采用的材料单独使用或将其多种组合使用。此外，材料可以具有细空隙。
形成本发明的绝缘膜的方法实例包括等离子体CVD方法、旋涂法等。
本发明具有低介电常数的绝缘膜的介电常数优选不大于3.0，并且更优选为1.8至2.8。
可以通过使用汞探针的测量方法测量平膜的介电常数。可以使用LCR计如4284A PRECISION LCR METER(商品名，由Agilent Technologies制造)测量其上安置有布线的绝缘膜的介电常数。
用于形成布线的原料
在本发明中待抛光的表面优选具有含铜金属和/或铜合金的布线，如应用于半导体器件如LSI芯片的那些。具体地，铜合金被优选用作用于这些布线的原料。而且，在这些中，优选含有银的铜合金。
而且，相对于铜合金的总量，包含在铜合金中的银的量优选为不大于40质量％，更优选为不大于10质量％，还更优选为不大于1质量％，并且在0.00001％至0.1质量％的范围内的量可以实现最优异的效果。
布线的厚度：
当在本发明中抛光用物体被应用于DRAM型器件时，布线按半间距(halfpitch)计的厚度优选为不大于0.15μm，更优选为不大于0.10μm，并且还更优选为不大于0.08μm。
另一方面，当抛光用物体被应用于微处理单元(MPU)型器件时，布线的厚度优选为不大于0.12μm，更优选为不大于0.09μm，并且还更优选为不大于0.07μm。
本发明的抛光液对具有这种类型的布线的表面表现出特别优异的效果。
抛光方法：
本发明的抛光液可以为：
(1)形成为浓缩溶液形式，当使用时通过加入水或水溶液进行稀释；
(2)是通过将分别含有抛光液组分的水溶液如下面所述那样混合，并且必要时加入水进行稀释而制备的；或
(3)形成为可以原样使用的液体形式。
抛光液(1)至(3)中任一种都可以被应用于使用本发明抛光液的抛光方法中。
这种抛光方法是这样的方法，其中将抛光液供给到放置在抛光台板上的抛光垫上，使抛光垫与待抛光表面接触，并且将待抛光表面和抛光垫设置为相对运动。
作为在抛光中使用的装置，可以使用具有用于保持具有被抛光表面的物体(例如，形成有导体材料膜的晶片)的支架以及其上附着有抛光垫的抛光台板(装备有速度可变的发动机等)的常规抛光装置。作为抛光垫，可以没有特别限制地使用通常的无纺织物、聚氨酯泡沫、多孔氟碳树脂等。抛光台板的旋转速度没有任何方式的限制，但是优选低至200rpm以下，以便被抛光的物体不偏离台板。而且，从抛光垫到具有被抛光表面的物体(被抛光膜)的接触压力(抛光压力)优选为0.69kPa至20.68kPa(0.1psi至3psi)，并且更优选为3.45kPa至20.68kPa(0.5psi至3.0psi)，以满足基板的面内均匀性和图案平面度。
在抛光过程中，通过泵等将抛光液连续地供给到抛光垫上。
一旦基板完成抛光，则用流动水彻底洗涤，然后用旋转式脱水机等将在抛光基板上的水滴移除。
当如在方法(1)中所述，抛光液的浓缩液被稀释时，则可以使用下面所示的水溶液稀释浓缩的溶液。水溶液是其中预先包含有氧化剂、有机酸、添加剂和表面活性剂中的至少一种组分的水，使得在该水溶液中和在浓缩液中组分的总量等于在用于抛光时的所得抛光液(使用的液体)中的组分总量。
因此，当使用通过稀释浓缩溶液制备抛光液时，可以在随后以水溶液形式混合不容易溶解的组分。因此，可以制备具有甚至更高浓缩程度的浓缩液。
而且，作为通过加入水或水溶液稀释浓缩溶液的方法，还可以使用的方法是：将用于供给浓缩的抛光液的管和用于供给水或水溶液的管在中途汇合在一起，由此将已经混合且稀释的用作抛光液的液体供给到抛光垫上。浓缩溶液和水或水溶液的混合可以通过常规使用的方法进行，如：通过在施加压力的同时使液体通过狭窄通道而使液体碰撞混合的方法；其中将填料如玻璃管填充在管内，并且重复进行液体流的分流/分离和会聚的方法；以及，在管内安装被强迫旋转的叶片的方法。
为了满足被抛光表面的面内均匀性和图案平面度，抛光液的供给速率优选为10毫升/分钟至1000毫升/分钟，并且更优选为170毫升/分钟至800毫升/分钟。
而且，作为在持续用水或水溶液稀释浓缩溶液的同时进行抛光的方法，存在的方法是：分别安装供给抛光液的管和供给水或水溶液的管，从相应的管将预定量的液体和水或水溶液供给到抛光垫上，并且通过抛光垫和被抛光表面之间的相对运动，在将液体和水或水溶液混合的同时进行抛光。此外，还可以使用的抛光方法是：将预定量的浓缩液和水或水溶液在单一容器中混合，然后将该混合液供给到抛光垫上。
而且，还可以使用的抛光方法是：将抛光液中必需包含的组分分成至少两个构成组分，并且使用时，通过添加水或水溶液将构成组分稀释，并且供给到放置在抛光台板的表面上的抛光垫上，然后与被抛光表面接触，由此通过被抛光表面和抛光垫的相对移动进行抛光。
例如，可以以这样的方式将组分分开：将氧化剂作为构成组分(A)提供，而将有机酸、添加剂、表面活性剂和水作为构成组分(B)提供，并且在使用时，用水或水溶液稀释构成组分(A)和(B)。
备选地，溶解度低的添加剂可以以这样的方式将其分离，以包含在两种构成组分(A)和(B)的任一种中：例如，将氧化剂、添加剂和表面活性剂作为构成组分(A)提供，而将有机酸、添加剂、表面活性剂和水作为构成组分(B)提供，并且在使用时，用水或水溶液稀释构成组分(A)和(B)。
在这些示例的情况下，需要三根管，以分别供应构成组分(A)、构成组分(B)和水或水溶液。通过将三根管汇合形成将抛光液供给到抛光垫上的单管，并且在该管内进行混合的方法，可以进行稀释和混合。在这种情况下，还可以将两根管首先汇合，然后接着将最后一根管汇合。具体地，该方法是这样的：将含有溶解度低的添加剂的构成组分和其它构成组分首先混合，并且在将该混合物通过长距离以保证添加剂有足够时间溶解之后，在将最后一根管汇合的位置处供给水或水溶液。
其它混合方法包括分别将三根管直接引入到抛光垫上，并且在抛光垫和被抛光表面相对移动的同时进行混合的方法；将三种构成组分在单一容器中混合，并且将稀释的抛光液供给到抛光垫的方法；等。
在所述抛光方法中，可以调节构成组分的温度，使得含有氧化剂的构成组分的温度为不高于40℃，而其它构成组分被加热到范围在从室温到100℃的温度，并且在将那些构成组分混合或添加水或水溶液进行稀释时，所得溶液的温度为不高于40℃。这种方法对于利用溶解度通过其温度升高而增加的现象来提高在抛光液中溶解度低的原料的溶解度是有效的。
通过将其它构成组分加热到范围从室温到100℃的温度而溶解的原料随着温度的降低而在溶液中沉淀。因此，当在低温状态使用一种或多种其它构成组分时，必须进行沉淀组分的预加热。通过应用以下的方法可以实现所述加热：输送已经被加热以溶解原料的一种或多种其它构成组分的方法；或将含有沉淀材料的液体搅拌并输送，同时将管加热以溶解该材料的方法。如果加热的一种或多种其它构成组分使一种或多种含氧化剂的构成组分的温度升高到高达40℃以上，则氧化剂可能分解。因此，所述一种或多种含有氧化剂的构成组分和一种或多种其它构成组分的混合物的温度优选为40℃以下。
如上所述，在本发明中，可以将抛光液的组分分成至少两种组分，并且供给到被抛光的表面上。在这种情况下，优选的是将组分分成含有有机酸的组分和含有氧化物的组分。而且，还可以将浓缩溶液作为抛光液提供，并且将稀释水分开供给到被抛光表面上。
在本发明中，在使用将抛光液分成至少两组组分并且供给到被抛光表面上的方法的情况下，其供给量指的是从每个管中供给的量之和。
垫：
作为可以在本发明的抛光方法中使用的用于抛光的抛光垫，可以使用非发泡结构垫或发泡结构垫。前者使用硬质合成树脂块状材料，如塑料板，以形成垫。后者还包括三种类型的垫：独立发泡(干发泡型)、连续发泡(湿发泡型)或两层复合体(层压体型)。尤其是，优选两层泡沫复合体。发泡可以是均匀或非均匀的。
而且，垫可以包括通常在抛光中使用的磨料粒(例如，由二氧化铈、二氧化硅、氧化铝、树脂等构成的那些)。而且，垫的硬度可以是硬或软的。在层压型中，优选的是各个相应的层具有不同的硬度。作为优选的材料，可以例举的有：无纺织物、人造革、聚酰胺、聚氨酯、聚酯、聚碳酸酯等。而且，在与被抛光表面接触的垫表面上，可以形成格状凹槽、孔、同心凹槽、螺旋凹槽等。
晶片：
作为采用本发明抛光液的CMP处理中进行抛光的物体，晶片的直径优选为不小于200mm，并且特别地，优选为不小于300mm。当该直径为不小于300mm时，本发明的效果可以得到显著体现。
抛光器件：
在抛光处理中采用本发明的抛光液的器件没有任何方式的特别限制，并且可以包括Mirra Mesa CMP和Reflexion CMP(都是商品名，由AppliedMaterials，Inc.制造)、FREX 200和FREX 300(都是商品名，由EbaraCorporation制造)、NPS 3301和NPS 2301(都是商品名，由NikonCorporation制造)、A-FP-310A和A-FP-210A(都是商品名，由TokyoSeimitsu，Co.，Ltd.制造)、2300TERES(商品名，由Lam Research，Co.，Ltd.制造)、Momentum(商品名，由SpeedFam-IPEC，Inc.制造)等。
实施例
以下，通过参考下列实施例，更详细地解释本发明。但是，本发明不具体地限于所述的实施例。
实施例1
制备具有下列配方(1)的抛光液，并且使用它进行抛光实验。
配方(1)
α-氧化铝(莫氏硬度：8至9，粒径50nm)(抛光微粒)： 100g/l
柠檬酸(由Wako Pure Chemical Industries，ltd.制造)(有机酸)：15g/l
苯并三唑(BTA)(腐蚀抑制剂)： 1g/l
加入纯水，以使抛光液的总体积到1000ml。
作为氧化剂，将20ml的过氧化氢加入到每1升的抛光液中。
用氨水和硝酸将得到的抛光液的pH调节至5.0。
评价方法
将MA-300D(商品名，由Musashino Denshi制造)用作抛光装置，并且在提供浆液的同时，将下面所示的每个晶片膜在下面的条件下抛光：
工作台旋转数：112rpm
头部旋转数：113rpm
抛光压力：9.19kPa(1.33psi)
抛光垫：IC 1400XY-K-Pad(商品名，由Rodel Nitta Company制造)
抛光液供应速率：50ml/min
被抛光的对象
将由ALD处理器(商品名ALDINNA，由Hitachi Kokusai Electric Inc.制造)在Si基板上形成有Ru膜的8英寸晶片用作被抛光的对象。将8英寸晶片切割成6cm×6cm的片，得到切割晶片，将其用作被抛光的对象。抛光速率的评价
通过在进行CMP之前和之后的时间点测量Ru膜(阻挡层)的膜厚度，并且使用下面的等式计算，确定抛光速率
抛光速率(nm/min)＝
(抛光之前的膜厚度-抛光之后的膜厚度)/(抛光时间)
得到的结果示于表1中。
实施例2至45和比较例1至10
在与实施例1的条件相同的条件下进行抛光实验，不同之处在于：使用通过将实施例1的组合物(1)改变成下述表1至6中所述的组合物而制备的抛光液。得到的结果示于表1至6中
上面所述的表1至6中缩写的化合物的名称示于下面：
TBA：硝酸四丁铵(阳离子季铵盐化合物)；
TMA：硝酸四甲铵(阳离子季铵盐化合物)；
HMC：氯化己烷双胺(阳离子季铵盐化合物)；
BTA：1，2，3-苯并三唑(腐蚀抑制剂)；
HMBTA：1-(羟基甲基)苯并三唑(腐蚀抑制剂)；
DCEBTA：1-(1，2-二羧基乙基)苯并三唑(腐蚀抑制剂)；
DBSA：十二烷基苯磺酸(表面活性剂)；和
LTM：硝酸月桂基三甲铵(表面活性剂)
在上述表1至3中所示的研磨剂微粒硬度的莫氏硬度如下面的表7中所示。
表1至6中的″粒径″是指抛光微粒的平均初级粒径。这些微粒的平均初级粒径是通过如下方法得到值：用SEM(扫描电子显微镜)观察抛光微粒，并且测量构成一个粒子的最小组分粒径。
表7
| 抛光微粒 | 硬度的莫氏硬度 | |
| A-1 | 金刚石 | 10 |
| A-2 | α-氧化铝 | 9 |
| A-3 | 氧化锆 | 7至9 |
| A-4 | γ-氧化铝 | 8至9 |
| A-5 | 熔凝氧化铝 | 9 |
| A-6 | 氧化铬 | 8至9 |
| A-7 | 碳化硅 | 8至10 |
| A-8 | 氧化铁 | 5至7 |
| A-9 | 氧化锌 | 5至7 |
| A-10 | 氧化铈 | 5至7 |
| A-11 | 氮化硅 | 5至7 |
| A-12 | 氧化钛 | 5至8 |
| A-13 | 氧化钴 | 5至7 |
| A-14 | 氧化锰 | 5至7 |
| A-15 | 有机微粒(聚丙烯酸微粒) | ＜1 |
根据上面的表1至6看出：在采用实施例1至25的抛光液时，即使对于由ALD系统形成的Ru膜，也得到高的抛光速率。另一方面，在不含有特定抛光微粒的比较例1中，并且在含有更低莫氏硬度的抛光微粒的比较例2中，不能得到阻挡层Ru膜的足够抛光速率。考虑到上述，应当理解的是，即使在将用ALD系统形成的钌膜用作阻挡层金属时，通过适宜地选择抛光液的抛光微粒，也可以得到优良的阻挡层CMP抛光速率。
Claims (11)
1.一种用于抛光含钌阻挡层的抛光液，所述抛光液被用于对半导体器件的化学机械抛光，所述的半导体器件在其表面上具有含钌阻挡层和导电金属布线，其中所述含钌阻挡层的钌膜由原子层沉积(ALD)工艺形成，并且所述抛光液包含：
过氧化氢；
抛光微粒，所述抛光微粒具有按莫氏硬度计为5以上的硬度并且具有其中主要成分不同于二氧化硅(SiO2)的组成；和
阳离子季铵盐化合物。
2.根据权利要求1所述的抛光液，其中所述的抛光微粒具有其中主要成分是选自下列原子中的原子的组成：C、Co、Ni、Fe、Zr、Mg、Y、La、Sn、Ce、Pr、Nd、Al、Ti、Cr、Zn、Si、Mn、Dy、Er、Eu、Gd、Ho、La、Lu、Nd、Sc、Sm、Tb、Tm和Yb。
3.根据权利要求1所述的抛光液，其中所述抛光微粒包含选自下列物质中的物质：金刚石、γ-氧化铝、α-氧化铝、熔凝氧化铝、氧化铬、氧化锆、碳化硅、氧化铁、氧化锌、氧化铈、氮化硅、氧化钛、氧化钴和氧化锰。
4.根据权利要求1所述的抛光液，其中相对于所述抛光液的总量，所述抛光微粒的浓度为0.1质量％至15质量％。
5.根据权利要求1所述的抛光液，其中所述抛光微粒的平均初级粒径在10nm至500nm的范围内。
6.根据权利要求1所述的抛光液，其还包含腐蚀抑制剂和分子中含有羧基的化合物。
7.根据权利要求6所述的抛光液，其中所述分子中含有羧基的化合物由下式(A)表示：
式(A)
RA1-O-RA2-COOH
其中，在式(A)中，RA1和RA2各自独立地表示烃基。
8.根据权利要求6所述的抛光液，其中所述腐蚀抑制剂是至少一种选自下列化合物中的化合物：1，2，3-苯并三唑、5，6-二甲基-1，2，3-苯并三唑、1-(1，2-二羧基乙基)苯并三唑、1-[N，N-双(羟基乙基)氨基甲基]苯并三唑和1-(羟基甲基)苯并三唑。
9.根据权利要求1所述的抛光液，其还包含表面活性剂。
10.根据权利要求1所述的抛光液，其还包含亲水性聚合物。
11.一种用于化学机械抛光半导体器件的抛光方法，所述的方法包括：使权利要求1至10中任何一项所述的含有抛光微粒的抛光液与待抛光的基板表面接触，所述基板在其表面上具有含钌阻挡层和导电金属布线，其中所述含钌阻挡层的钌膜由原子层沉积(ALD)工艺形成；和抛光待抛光的表面，使得从抛光垫到待抛光的表面的接触压力为0.69kPa至20.68kPa。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |