TW528795B - Slurry for chemical mechanical polishing - Google Patents

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Yasuaki Tsuchiya
Tomoko Wake
Tetsuyuki Itakura
Shin Sakurai
Kenichi Aoyagi
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Nec Corp
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Description

528795 五、發明說明（1) 發明之背景 本發明係關於使用於半導體裝置的製造中之化學機械 研磨用之研漿，尤有關於適用於形成鈕基金屬利用=阻& 層金屬膜中之埋設金屬内連線時，一種化學機械研磨 = 研漿。
在形成半導體積體電路如超大型積體電路（叮8 I
Ultra Large Scale Integrated Circuit)中，為 了進展 至達到進一步小型化及近年來更緊密地空間排列已漸增^ 度，銅已受到強烈矚目作為電路連接特別有用的材料由 於其優越的電磁阻抗及相當低的電阻。 由於如難以經由乾式餘刻製作圖案結構之問題，現今 將銅内連線以下列方式形成。即，在將内陷部分如溝渠或 連接洞形成於絕緣膜中及將阻障層金屬膜形成於其上之 後丄藉由電鍍方法將銅膜增長以便填滿内陷部分，之後藉 由貝施化學機械研磨（CMP，Chemical Mechanical Polishing)直到將除了内陷部分外的絕緣膜表面完全露 出、，將，面平面化，因此將電路連接部分如大致由銅製成 填滿内陷部分之埋設銅内連線、介層插塞、接觸插塞及其 類似物的形成達到。 現在’參照圖1，將形成埋設銅内連線的方法說明於 下。 首先’在將半導體裝置形成的矽基板上（未圖示），形 成由具有下方内連線（未圖示）的絕緣膜製成的下方内連線 層1 °在其上’將氮化矽膜2及氧化矽膜3以此順序連續地
第7頁 528795 五、發明說明（2) -- 形成，如圖1(a)中所示，而後在氧化石夕膜3中將内陷部分 以内連線圖案的形式形成以延伸到氮化矽膜2。 接下來，如圖1 (b)中所示，藉由濺射法將阻障層金屬 膜4形成。於此膜上，藉由電鍍法將銅膜5塗佈至整個表面 以便填滿内陷部分。 之後’如圖1(c)中所示，藉由CMp將銅膜5研磨以平面 化基板表面。藉由CMP的研磨持續直到將氧化矽膜3上方的 金屬完全地去除，如圖l(d)中所示。 在如此上述之埋設銅内連線的形成中，將阻障層金屬 膜作為基層，為了避免銅擴散入絕緣膜等。然而，當將钽 基金屬如Ta或TaN使用作為阻障層金屬膜時，可能產生一 問題，即由於Ta及TaN本質上的高化學穩定性，用習見研 聚對由Ta或TaN製成之阻障層金屬膜的研磨速率變成小於 ，銅膜的研磨速率。明確而言，當利用以習見研漿之CMp 貫行埋设銅内連線等的形成，產生對於銅膜及阻障層金屬 膜速率之間相當大的差異，其可能引起凹陷及腐蝕。 凹卩曰為將在内陷部分中的銅過度地研磨以致於内陷部 分中的銅膜中心相對於置於基板上絕緣膜的平面退後之現 象’如圖2中所示。因為對於阻障層金屬膜相當低的研磨 速率’習見研激需要充裕的研磨時間以完全地去除置於絕 緣膜（氧化矽膜3)上的阻障層金屬膜4。然而，對於銅膜5 的研磨速率雨於對於阻障層金屬膜4的研磨速率，以致於 銅膜5變成過度地研磨而產生凹陷。 另一方面’腐餘為與具有低内連線密度的區域如孤立
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五、發明說明（3) 的内連線區域中比較，在密集地間隔内連線區域中研磨過 度地進行，以致於密集地間隔内連線區域的表面相對於其 他區域的表面退後之現象’如圖1(d)中所示。在晶圓中， 當由許多由銅膜5形成的埋入部分出現之密集地間隔内連 線區域與一些由銅膜5形成的埋入部分出現於，如無任何 内連線的區域之孤立的内連線區域分開相當遠，且將銅膜 5比阻障層金屬膜4或氧化矽膜3 (絕緣膜）更快研磨，則在 密集地 的研磨 壓力更 (圖 l(c 立的内 集地間 如 驟中之 電子遷 也可能 變成更 能產生 「曰J I闲π〜、、·十一，,f β 几丨早艰瓦碉朕4驭軋化矽膜3 襯墊壓力變成比對孤立的内連線區域中的研磨襯塾 高。結果，在露出阻障層金屬膜4後的CMp步驟中 )的步驟及其後），產生密集地間隔内連線區域與孤 連線區域之間由CMP研磨速率差異，以致於將在密 隔内連線區域中的絕緣膜過度地研磨而產生腐蝕。 上述產生於形成電路連接部分於半導體裝置中的步 凹陷可能造成增加内連線電阻及連接電阻以及增加 移傾向，其可能降低裝置的可靠程度。腐蝕的】 =利，影響基板表面的平坦，此效應在多層結構中 二顯著，以致於如增加及改變内連線電阻的問題可 3 ^則為止，曾做許多研究來克服此等問題。 用含ii、，，在日本專利jp—a 8 378 0 / 1 9 9 6中，揭示藉由利 銅膜表面唑或其衍生物的研浆，$因而形成保護膜於 可將CMP步驟中的凹陷避免。 ☆外’在日本專利jp — A 238709/1999中，對於三唾化
第9頁 五、發明說明（4) 口物具有對凹陷的避免效果有類似說明。 錮臌^外’在日本專利JP-A 1 63 1 4 1 / 1 9 98中’揭示一種對 f /研磨組合物，其包含研磨材料及水，進_步包含鐵 )化合物溶解於組合物中。在其中的實例中，進一步 於=利用膠體二氧化矽作為研磨材料及檸檬酸鐵（11 I)、 ^ :酸銨鐵（I 1丨）或草酸銨鐵（ίπ)作為鐵（Ιπ)化合物， 2組合物可增加對銅膜的研磨速率並避免如凹陷及抓 的表面缺陷發生。 j:此等文獻未說明關於研磨由鈕基金屬製成之阻 I早贋至屬膜或腐蝕。 為研：:ί，隨著改善研漿效率的目的，胺化合物的加入曾 马研究的主題。 曰 告利古ΐ日本專利JP 一Α 44047/ 1 998的實例中，說明 田 3有氧化鋁研磨材料、過硫酸銨（一種氧化劑）及― 種=緩酸的研裝將CMP實行時，用於内連； 鈦：之7磨速率差異變大，㈤時作為阻障層金屬膜的 鈦膝之去除速率變高。 此外，在日本專利JP —A 46 1 40 / 1 998中，揭示一 於化學機械研磨的組人物，i人女 _ ^, 種用 ,，乂日〗、、且口物，其含有一種特定羧酸、一種氧 刈及水，利用氨水作為鹼將其邱調整至5 —g。 此外，在日本專利jP —Α 2 1 546 / 1 9 99中，揭示一 於化學機械研磨的研漿，苴入古尸I $用 麻衧籼η访Γ Γ 其含有尿素、一種金屬氧化物研 ί上Ϊ i卓 在其中的實例中，進-步說明-實例， "'具有PH值7. 5的研漿將cu、Ta及PTEOS研磨，其係 化鋁作 膜形成 外，在 化合物 說明加 外，在 至研漿 胺、三 如二伸 及三伸 上說明 其中無 胺為基 任何研 人滿意 為研磨 劑及酒 曰本專 或羥胺 入一種 曰本專 中。於 乙醇胺 乙三胺 乙—胺 ，此等 一說明 本的化 漿，在 地抑制 材料， 石酸或 利 J P - A 鹽作為
利 JP-A 其中提 、2-胺 、三伸 ;及亞 文獻揭 使用具 合物。 埋設銅 過氧化氫作為氧 草酸銨作為錯合 501771/2000 中 選擇性氧化還原 過氧化銨化合物。 501771/2000 中 利用氧 唑作為 此 種經胺 中，也 此 溶性胺 —乙醇 多元胺 六胺、 如 然而， 作為以 獻中的 然地令 及水溶性胺實例 基乙醇、及胺基 乙四胺、四伸乙 胺類如聚乙烯亞 示使用以胺為基 有獨特結構之高 此外，即使使用 内連線中的凹陷 化劑，苯并三 物形成劑。 ’說明加入一 化合物。於其 ’說明加入水 包括烧醇胺如 乙基乙醇胺； 五胺、五伸乙 本的化合物。 碳-單--級胺 揭示於彼等文 及腐颠不能必 此外，在日本專利jp-A 機胺至研漿中。於其中提及 胺如甲胺、乙胺及異丙胺； 二異丙胺；三級胺如三甲胺 胺如苯胺。然而，於該文獻 磨’所以將有機胺使用僅作 導特別使用具有高碳取代基 未建議使用高碳-單-一級胺 屬膜之研磨速率及，及因而 204474/ 1 999中，說明加入有 有機胺實例包括低碳—單—一級 二級胺如二甲胺、二乙胺、及 、三乙胺及三異丙胺；及芳族 中主要的考慮為含氟膜的研 為氫氧化鉀的取代品，並未報 的單-一級胺作為有機胺。也 可降低以组為基本的阻障層金 令人滿意地抑制埋設銅内連線
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五、發明說明（6) 中的凹陷及腐名虫發生 如上所述，雖然曾有一些 物的建議，沒有具有高破-單-此，在一些情況中，對以钽為 速率降低，結果，在埋設銅内 不受令人滿思地抑制。 【發明之概述】 對於加入以胺為基本的化合 一級胺的研漿被報導。因 基本的阻障層金屬膜之研磨 連線中的凹陷或腐蝕之發生 於是，本發明的目的為提供一種化學機械研磨用之 漿，其可抑制CMP中凹陷及腐蝕的發生’及當形成利用釦 基金屬作為阻障層金屬膜之埋設銅内連線時，形 一一 些内連線電阻改變之埋設内連線。 ^ /、有一 本發明係關於一種化學機械研磨用之研漿，用以 形成於钽基金屬膜上的銅基金屬膜，其包研 ^ 劑及高碳-單-·- ^ ^軋十 級胺
於 而 本 而增加 於在研 制it層 阻障層 能形成 變成功 【詳細 金 本發明中’銅基金屬意指銅或主要成分為銅的合 =基金屬為钽（Ta)或氮化鈕（TaN)。 1明的研漿可降低對於钽基金屬膜之研磨速率， t基金屬膜及銅基金屬膜之間研磨速率差異，以： 磨鋼基金屬膜中，將鈕基金屬膜作為制止膜（研磨 I功+用增強。結果，在形成具有鈕基金屬製成的 的·，之銅基金屬之埋設内連線中，可將自CMp可 妯凹陷及腐蝕避免發生，可形成將内連線電阻中g 中制之銅基金屬之埋設内連線。 說明1
第12頁
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現在將本發明的較佳實施例說明於下。 為其f ί &明中，將高碳—單—一級胺加入研漿中作為以胺 美二勺化合物。當利用此研漿將CMp實施 基金屬膜之研磨速率顯示減小。 疋在一 ，之，當以本發明的研漿將CMP運用至基板的表面- 守;八中將阻障層金屬膜4形成於將内陷部分形成於其中 肉、，膜3上及將銅金屬膜5形成於整個表面上以便填滿 =邛为，如圖1 ( b)中所示，由鈕基金屬製成的阻障層 膜4大致上可作用為在銅基金屬膜研磨中的制止膜， 如圖3(a)中所示，所以可避免凹陷及腐蝕發生。 A〆在將CMP以由鈒為基本的金屬製成的阻障層金屬膜*阻 擒後’在轉換研漿至另一對鈕基金屬膜具有較高研磨速率 之研t後，隨後可將CMP實施，藉以可達到將凹陷及腐蝕 成功地抑制之銅基金屬之埋設内連線的形成，如圖3 (b )中 所示。 於本發明中，利用高碳-單--級胺作為以胺為基本的 化合物。總之，以胺為基本的化合物分子具有一個胺基， 在其中將兩個氫原子及一個高碳取代基連接至一個氮原 子。使用於本文中的高碳取代基意指具有足夠高分子量的 取代基以使得其以胺為基本的化合物形成疏水性交互作 用。藉由利用如此的高碳—單-一級胺，可容易地製造高度 有效的研漿。 此原因尚未完全闡明，但據推測係如下所述。 首先，因為連接到氮原子的高碳取代基之極性小，高
第13頁 528795 五、發明說明（8) 碳-單--級胺的甘a A 、 果，可將由高ί其他部分可能與组基金屬交互作用。結 表面上，降低胺組成的疏水膜形成於鈕基金屬 同時二：：；基金屬膜之研磨速率。 基分子量的標準。泛^:乂土 τ 7厌数作為判定高碳取代 早為了達到充分的疏水性交互柞田 户甘 中的碳數較佳為4或 z山軚么々 作用，在其 當碳數至少為4日士一似”厌數為3或以下的情況比較， 著地大。另^方V對於组基金屬膜之研磨速率之降低顯 度’碳數較佳為10或以下，更佳為^以下心的良好溶解 級胺自研漿 此外’右碳數至少為4，可將高碳—單 的揮發有利地抑制。 所以第；：連：；胺，胺及三級胺具有較佳溶解度。 度，其提供ίί11兔取代基，一級胺可保持充分溶解 度”匕外:、因A尚碳—單-一級胺添加量相當大程度之自由 將以知級胺與鈕基金屬膜強烈地交互作用，可 ^為基本的膜之研磨速率成功地降低。 〜efl因為單胺僅具有一個胺基於分子中，當胺基 二崔湿基金屬Μ交互作用時，將穩定的疏水性膜形成於釦 =膜表面上。因A，對於以组為基本的 速率ς 者地降低。 1y迷率顯 作為具有上述特性之高碳-單-一級胺實例，可扭 有下列通式（1)的烷基胺： 了楗出具 C1 H2h1 -NH2 ( 1 ) 於此，為了提供取代基充分的疏水性，1較佳為不小
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五、發明說明（9) 此外，具有通式（1 )的高碳—單--級胺實例包括正丁 基胺、二級丁基胺、三級丁基胺、正戊基胺（有時稱為正 戊胺），異戊基胺、新戊基胺、三級戊基胺、1 —甲基丁基 胺、及正己基胺。 同日守，作為另一高碳—單—一級胺貫例，可提出呈有 列通式（2 )的烷氧基烷基胺：
Μ2,η -〇- CnH2nNH2 (2) 於此，m及11為獨立的等於或小於6之自然數，且為了 提供取代基充分的疏水性，m 的總合較佳為不小於4之 自然數，同時，為了提供高碳-單級胺良好的溶解度， m及η的總合較佳為不大於丨〇的自然數，更佳為不大 & 自然數。 ' 異丙 此外，具有通式（2 )的高碳-單-一級胺實例包括 氧基-正丙胺： (CH3)2CH0(CH2)3NH2 (3) 及正丁氧基-正丙胺：
CH3 GCH2)30(CH2)3NH2 (4) 可將前面所提高碳-單—級胺各自獨立使用。或者， 可使用二或多類型之混合物，於此情況中，特別佳利用由 丁基胺、戊基胺、己基胺、丙氧基乙基胺、丙氧基丙基胺 及丁氧基丙基胺組成之族群中選出之至少一類型。 土
第15頁 528795 五、發明說明（ίο) 在此等之中，戊胺為較佳， 解度及齡基金屬膜之研；速劑中-容 將=於上的高碳—單—一級 膜 用。結果’相信此等高碳-單—一級胺藉：進：： 之：！=研磨粒之間而增加研磨表面的潤;腎 上的：dL 的研襞增加研磨粒在研磨表面 上的=度，地研磨粒具有的機械研磨效果。 現在，既然叙基金屬生性為化 膜的CMP中機械研磨的效果為 心 、；‘ 土盃屬 小。因此，含有根據本發明〃高鲈單一化學研磨的貝獻 對於钽基金屬膜的機械研磨，二早；：級胺的研漿可抑制 金屬膜之CMP速率降低。/此方面，可將對於姐基 膜之CMP中，化學研磨的貢獻比’在對於銅基金屬 之研磨速率過度降低。 °不使對於銅基金屬膜 結果’本發明的研漿可降 率’同時增加鈕基金屬膜及銅茂八麗鈕基金屬膜之研磨速 異。所以，在銅基金屬膜之研；；屬=研磨速率差 的阻障層金屬膜所具有作為制止膜用2基金屬製成 由鈕基金屬膜的研磨最小化、、 a 。 級胺的含量對於研漿的全部量=嬈點來看，高碳—單-一 佳不小於〇」重量％。另—方面車又^不少於0.01重量％，更 高，含量較佳不大於5重量％# f 了避免研漿的邱變成過 可包含於本發明研漿中的：：大於1重量％。 為基本的研磨材料如α _礬土、磨材料貫例包括以氧化鋁 528795 五、發明說明（ll) 的礬土；二氧化矽研磨材料如燻過的矽石及膠體二氧化 矽，以金屬為基本的研磨粒如二氧化鈦、氧化鍅、鍺土及 鈽土 ，·及由此等金屬氧化物製成的以金屬為基本的研磨 粒。在此等之中，以氧化鋁為基本的研磨材料及二氧化 研磨材料為較佳。 7 包含於本發明研漿中的研磨粒含量對於用於化 研磨之研槳總量較佳不少於i重量％，更佳不小於）械 不大於3。重量％ ’更佳不大於1〇重量％ 。人 有兩Θ或夕種研磨粒時，個別研磨粒的含量總合較 二3 1重里％ ’更佳不小於3重量％ ;但是較佳不大 /於 更佳不大於10重量％。 u更里％， 〃考慮研磨準確性及研磨效率，包含於本發 軋劑可自已知的水溶性氧化劑中選出。例如，水中的 重金屬離子污染者包括過氧化物如H2 02、Na〇 、β造成少 (C6H5C)2〇2 ;次氯酸（HC10);過氯酸；硝酸2. 2 a2〇2及 機酸過氧化物如過乙酸及硝基笨。在此等之虱水；及有 (扎〇2)為較佳，因為其不含金屬成分也不 氣化氫 物。 王有害副產 氧化劑的加入量對於研漿總量較佳不+ 及調整研磨速率至適當纟。當使用較 以抑 的軋化劑如過氧化氫，可能可分別製備:間老化 化劑之溶液與提供在加入含有該氧化劑溶''特定濃度氧 /夜之規定 %，更佳不小於0」重量％，以達到其加入^^〇· 〇1重量 是較佳不大於15重量％，更佳不大於1〇重=適當效果；但 Μ抑制凹陷 而劣化 的研漿 第17頁 528795 五、發明說明（12) 組合物，而後在使用前再結合在一起。 為了增加氧化劑引起的氧化反應及穩定地進行研磨， 通常將有機酸如羧酸或胺基酸加入使用於CMP中的研漿中 作為質子供者。 魏酸的實例包括草酸、丙二酸、酒石酸、蘋果酸、戊 一酸、挣樣酸、順丁烯二酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、 戊酸、丙烯酸、乳酸、琥珀酸、菸鹼酸、其鹽類及此等羧 酸的混合物。 可將胺基酸以游離形式加入，或以鹽或水合物加入。 其實例包括精胺酸、精胺酸鹽酸鹽、精胺酸苦味酸鹽、精 氨酸黃安酸鹽、離胺酸、離胺酸鹽酸鹽、離胺酸二鹽酸 鹽、離胺酸苦味酸鹽、組胺酸、組胺酸鹽酸鹽、組胺酸二 鹽酸鹽、麵胺酸、麩胺酸鹽酸鹽、麩胺酸鈉單水合物、麩 酉如胺酸、麵胺氨基硫、雙甘氨肽、丙胺酸、々—丙胺酸、 7 &胺基丁酸、ε —胺基己酸、天門冬胺酸、天門冬胺酸單 f合物、天門冬胺酸鉀、天門冬胺酸鉀三水合物、色胺 ^丁胺酸、甘胺酸、胱胺酸、半胱胺酸、半胱胺酸鹽 酉^ 1單水合物、氧化脯胺酸、異白胺酸、白胺酸、甲硫胺 : 鳥^酸鹽酸鹽、苯丙胺酸、苯甘胺酸、脯胺酸、絲胺 酉欠、酪胺酸、纈胺酸及此等胺基酸的混合物。 萨的11達到其加入作為質子供者的適當效果’前述有機 i3里對於研漿總量較佳不少於0. 0丨重量％，更佳不小 於〇·〇5 重眚〇/ « . , ^ 里/g。另一方面，為了保護高碳-單-一級胺引起 對於以4曰氣甘丄 ’-崎基本的膜之研磨減速效果，其含量較佳不大於
第18頁 ^28795 五 、發明說明（13) 上述里^ 更彳，不大於3重量％ °當研衆:含有多種有機酸，將 ’L含ϊ定義為個別有機酸含量之總合。 互作為了提供高碳〜單—一級胺與钽基金屬膜之間充分的交 用 本發明的研漿之pH值較佳不小於3，更佳不小於 1是較佳不大於9，更佳不大於8。 對研漿’例如，藉由直接加入酸或鹼到研 p u §周整。你也 u g 等。 介馬PH調節用之酸，可使用硝酸、磷酸、硫酸 ft二用於PH調節之可使用的驗實例包括驗金屬氫氧化物如 及氨^鈉及氫氧化鉀；鹼金屬碳酸鹽如碳酸鈉及碳酸鉀； 由在鋼基金ί2對於銅基金屬膜之研磨速率調整，及經 當研裝含有：：上形士被覆膜：幫助凹陷的抑制。所以， 兩者變成更有；地早抑：級抗劑兩·，腐蝕及凹陷 化劑的加入至研將j 1,,者阿反''早-一級胺以及抗氧 速率獨立調整便：：對基=膜及銅基金屬膜研磨 的比例5較廣範圍=成=制銅基金屬膜/组基金屬膜 抗氧化劑實例包括三 嗤烷、2，·1，3-笨并噻。坐、鄰苯二丨，2’4-三唾、笨并呋喃 鄰胺基酚、2~硫醇基苯 女：間笨二胺、兒茶酚、 醇基苯并°号唾、三聚氰胺、及4:醇基苯并咪啥、2-硫 在此等之中，苯并Lii:生物。
第19頁 唾及U，4—三唆衍生物為較佳。作衍生物、1，2, 4-三 為本并三唑衍生物實 528795 五、發明說明（14) $其可提及經取代的苯并三唑，將笨環上之一個氫原子以 &土、火元氧基如曱氧基及：乙氧基、胺基、硝基、烷基如甲 二乙基及丁基、4齒素取代基如氟、氯、漠及碘取代。 美1 i作為1，2, 4_三唑衍生物實例，可提及具有上述取代 土、中之一的五圓環之經取代的1，2, 4~三唾。 旦此類抗氧化劑含量對於研漿總量較佳不少於〇. 〇〇〇1重 二。，更佳不小於0.001重量％ ’以達到其加入的適當效 U,—4面’為了調整研磨速率至適當值，含量較佳不 重，更佳不大於2. 5重量％。 叫，^ ^ ^的研裝可含有許多添加劑如緩衝劑及黏度改質 i力：丨ί不有害地影響研漿性質，可廣泛使用作為-般 /忝加劑至研漿中。 金屬中’可將組合物調整至使得對於姐基 -屬Μ之研磨速率較佳不大K1〇nm/分鐘，更佳不大於 3:研=:'外，可將組合物調整至使得對於銅基金屬膜 小於3_分鐘，更佳不小於4。… 分鐘。疋又不大於15〇〇nm/分鐘，更佳不大於100〇nm/ 聿比^ π銅基金屬膜之研磨速率對纽基金屬膜之研磨速 m ^ ^ ^ 例）由達到銅基金屬膜之均勻CMP的 ΐ 小於50/1，更佳不小於_/1，與在晶圓 表面内由銅基金屬製成的内連線圖案無關。 對於本發明研漿的製備方法， 離顆粒的水性研I细人你& 士 』運用般裟備具有游 所水組合物的方法。明確而言，將具有適當
528795 五、發明說明（15) 5 t : Ϊ顆粒加入至水性介質，而後，視需要，也可將具 存 、刀政蜊加入。爷本文中的研磨顆粒係以聚集態 I直二!t =，將研磨顆粒分散以便可將聚集的研磨顆粒製 如ϊ1j定顆粒大小的顆粒。可將分散的步驟利用，例 5^ ^曰波分散器、珠磨分散器、捏合分散器或球磨分散 裔來進行。 可將本發明的研漿最有效地使用於藉由實施基板的 CMP+而形成電路連接部分如埋設内連線、介層插塞及接觸 插基，其中將作為阻障層金屬膜的鈕基金屬膜形成於具有 内陷部分的絕緣膜上，於其上將銅基金屬膜形成於整個表 面上以便填滿内陷部分。絕緣膜實例包括氧化矽膜、硼磷 矽玻璃（BPSG，Boro-Phosph Silicate Glass)膜及旋轉塗 佈玻璃（SOG，Spin 〇n Giass)膜。作為銅合金，可採用主 要由銅組成的合金但也含有金屬如銀、金、鉑、鈦、鎢或 !呂。 可將利用本發明的研漿之CMP以一般CMp裝置實施，例 如，、如下列。將已形成銅基金屬膜於其上的晶圓置於軸晶 圓載體上。將此晶圓的表面設定至與黏在旋轉板（表面板） 上由多孔性胺基甲酸酯製成的研磨襯墊接觸。當自研聚入 口供應研漿至研磨襯墊表面時，晶圓及研磨襯二兩者=旋 轉以研磨晶圓。若需要，將襯墊調節器製成與研磨襯墊表 面接觸，以調節研磨襯墊的表面。 可藉由許多方法偵測銅基金屬膜的移除至霖基金 屬膜。 一
第21頁 528795 五、發明說明（16) 作為此方法的第一 Am U) 於銅基金屬膜之研磨速率二^可提供—方法’其中將= 呈有楣玄眉电事先測量，藉由計算決定移除 ;去仕舛士又之銅基金屬膜所需時間，因而當自開始時間
進行終止。 後的某特疋時間，將銅基金屬膜之CMP 作為第二個實例，可與# ^ 的研將B士 . ； J 了 ^ ^ 一方法，其中當利用本發明 的研水日守’因為组基金屬膜你 歐、目，丨m* 鸯膜作用為制止膜，將CMP實施同 胜仝士 逮率開始快速下降之時經過〆 特疋時間後，將CMP終止。 产個實例中，將⑽實施同時以設置於旋轉板的 ^ 丰的》疋轉力矩計測量對旋轉軸的旋轉力矩變化。在 〃中，當偵測到隨著鈕基金屬膜之露出，銅基金屬膜受移 除而發生之旋轉力矩上的變化後經過一特定時間後，將銅 ^金屬膜之CMP終止。亦即，雖然當將銅基金屬膜研磨 %，旋轉力矩大致固定，·一旦將鈕基金屬膜露出時，旋轉 力矩卩牛低。於疋，在旋轉力矩開始降低後經過一段時 間時將CMP終止。 在第四個實例中，將光線照射至基板的研磨表面益將 CMP實施於其上，同時測量反射的光線。在實行中，當(^? 自銅基金屬膜進行到钽基金屬膜，將在研磨表面中露出的 金屬以另一個取代，以致於反射的光線強度顯著地變化。 於疋’在反射光線的強度開，始變化後經過一段特定時間時 將CMP終止。 在形成於钽基金屬膜上的銅基金屬膜之CMP中，利用
528795 五、發明說明（17) =明的研=顯著地增進组基金屬膜作為作 、，、口果，一旦將钽基金屬膜露出，可將CMp進—牛 乍 地抑制，即使當將研磨過度地操作 二進仃有盈 ^成力地避免發生以便可達到基板表面的優越直 抑制内連線電阻的增加及變化。
現較：：：ίί:膜之CMP完成後，以對於銅基金屬膜呈 ΪΪ 的研黎代替研裝將用於组基金屬膜之CMP ;:研；如此研聚，可使用不包含有任何高碳-單--級 參照實例，將本發明於下詳述。 CMP測試 將上有鈕膜及銅膜覆蓋之—基板製造如下。 體裝置如電晶體形成的6英吋晶圓（矽基板，未圖示）h / =包含有下方内連線（未圖示）的氧化石夕膜製成的下方内 連線層1。如圖1(a)中所示，而後將氮化矽膜2形成於下方 内連，層上，於其上將具有厚度約5〇〇nm之氧化矽膜3形 成。藉由一般光蝕刻法及反應性離子蝕刻將氧化矽膜3製 成圖案以形成具有寬度〇.23至1〇 及深度5〇〇nm2用於内 連線的溝渠及連接洞。而後，如圖1(b)中所示，藉由濺射 法將^膜4形成至厚度50nm，連續地藉由濺射法將⑸膜形 成至厚度約50nm，之後，藉由濺射法將銅膜5形成 約800nm 。 利用Speedf am-Ipec型號SH-24裝置將CMP進行。使用 研磨器’在其表面板上連接研磨襯墊（R〇de；[-Ni tta a 528795 五、發明說明（18) 1 4 0 0 )。研磨條件如下列··研磨力（研磨概塾的接觸壓 力）：27.6kPa，表面板的旋轉速度.55 rpm ;載體旋轉速 度：5 5 rpm ;及研漿入料速率·· 1 〇 〇m 1 /分鐘。 對於鈕膜及銅膜的研磨速率係測量如下。將四個針狀 電極以一定間距排列於晶圓上。以一定電流施予最外兩探 針之間，測量兩個内部探針之間的電位差以決定電阻 (R )，藉由將該值乘以校正因子RCF(Resistivity Correction Factor ;電阻率校正因子）進一步得到表面電 阻率（p s ’）。也得到對於具有已知厚度（τ) ( nm )的另一晶 圓之表面電阻率（ps)。表面電阻率係與厚度成反比。因 此，當具有表面電阻率ps，之晶圓厚度為d時，得到方程 式d(nm) = (psxT)/ps’ 。利用此方程式，可決定厚度d。 而後藉由將研磨前後膜厚度差異除以研磨時間將研磨速率 估叶出來。在表面電阻率的測量中，使用三菱化學工業的 四探針電阻偵測器（L〇resta —GP)。
實 tiJLO ，有經製備的研漿’其含有5重量％<9 -礬土（住友化學工 。業’AKP-G0 08 )、7重量％H2 02 (關東化學公司）及〇·；[ 一5重量 /〇正戊胺（關東化學公司），將其pH以硝酸調整至7. 〇。於 此，將iV〇2於進行CMP前即刻加入。 〇 作為用於比較之情況1，將研漿如實例1 -6中相同方式 ‘備’除了無正戊胺加入其中。 利用此等研漿做CMP測試。將其結果列於表1中。如同 表1中α邊可見’正戊胺的加入成功地降低對於钽膜的研
第24頁 528795 五、發明說明（19) ---- 磨速率。研磨後基板狀態的步階計分析，以及由掃, 子顯微鏡（SEM，Scanning Electron Microscopy)觀^美 板横剖面確说將凹陷及腐飿成功地抑制。 上述結果說明將實例1-6中的任一研漿用來研磨銅膜 時，於其下的鈒膜成功地作用為制止膜。 -、 實例7及8 、 將研漿如同實例4的相同方式製備，除了以正丁胺
(Tokyo Kasei Kogyo C〇·，Ltd.)(實例7)或正己胺（7〇1^〇 Kasei Kogyo Co.，Ltd·)(實例8)取代正戊胺作為高碳—單 -一級胺使用。 此外，作為用於比較之情況2，將研漿如同實例4的相 同方式製備，除了以正丙胺（Tokyo KaSei Kogyo C。，，
Ltd·)取代正戊胺加入其中。 ’
利用此等研漿做CMP測試。將其結果列於表丨中。如同 表1中清楚可見，即使使用除了正戊胺之單—一級胺，可將 對於鈕膜的研磨速率降低。特別是當使用正丁胺或正己 胺’與使用正丙胺的情況相比較，將研磨速率大幅降低。 此外’研磨後基板狀態的步階計分析，以及由SEM觀察基 板橫剖面確認將凹陷及腐蝕成功地抑制。 f例9及1 0 將研漿如同實例4的相同方式製備，除了以異丙氧基 正丙胺（Tokyo Kasei Kogyo Co·， Ltd.)(實例 9)或正丁氧 基正丙胺（Tokyo Kasei Kogyo Co·，Ltd.)(實例 10)取代 烧基胺作為烷氧基烷基胺使用。
第25頁 528795 五、發明說明（20) 利用此等研漿做CMP測試。將其結果列於表1中。如同 表1中清楚可見’即使當使用烷氧基烷基胺，可將對於钽 膜的研磨速率降低。此外，研磨後基板狀態的步階計分 析’以及由SEM觀察基板橫剖面確認將凹陷及腐蝕成功地 抑制。 實例m 將研漿如同實例4的相同方式製備，除了將甘胺酸（實 例11 )、檸檬酸（實例1 2 )或蘋果酸（實例丨3)加入其中作為 有機酸’及視需要，將其pH以£〇11調整至7. 〇。 利用此等研漿做CMP測試。將其結果列於表1中。如同 表1中β楚可見’即使將有機酸加入，正戊胺的加入成功 地降低對於Μ膜的研磨速率。此外，研磨後基板狀態的步 階計分析’以及由SEM觀察基板橫剖面確認將凹陷及腐蝕 成功地抑制。 實例1 4 將研漿如同實例丨2的相同方式製備，除了使用燻過的 石夕石（Tokuyama公司QS-9)取代礬土作為研磨粒。 作為用於比較之情況3，將研漿如同實例1 4的相同方 式I備’除了無正戊胺加入其中。 利用此等研漿做CMP測試。將其結果列於表1中。如同 表1中清楚可見，即使當使用矽石作為研磨粒，正戊胺的 加入成功地降低對於鈕膜的研磨速率。此外，研磨後基板 狀態的步階計分析，以及由SEM觀察基板橫剖面確認將凹 陷及腐餘成功地抑制。
第26頁 528795 五、發明說明（21) 表1 研磨粒 (重量％) 有機酸 (重量％) 以胺為基本的化合物 (重量％) Ta研磨速率 (nm/分鐘） 實例1 礬土 無 正戊胺 7. 56 (8) (0.1) 實例2 礬土 無 正戊胺 3.45 (8) (0.25) 實例3 礬土 無 正戊胺 1.68 (8) (0.5) 實例4 礬土 無 正戊胺 1.13 (8) (1.0) 實例5 礬土 無 正戊胺 0.64 (8) (2.0) 實例6 礬土 無 正戊胺 0.27 (81 (5.0) 實例尸 礬土 無 正丁胺 1.54 (8) (L0)
IHI1I 第27頁 528795 五、發明說明（22) 實例8 礬土 (8) 無 正己胺 (1.0) 1.08 實例9 礬土 無 異丙氧基 3.75 (8) 正丙胺 (1.0) 實例10 礬土 無 正丁氧基 2.87 (8) 正丙胺 (1.0) 實例11 礬土 甘胺酸 正戊胺 0.98 ⑻ (1.0) (1.0) 實例12 礬土 檸檬酸 正戊胺 1.49 (8) (1.0) (1.0) 實例13 礬土 蘋果酸 正戊胺 1.35 (8) (1.0) (1.0) 實例14 碎石 檸檬酸 正戊胺 0.44 (8) (1.0) (1.0) 比較用 礬土 無 無 17.8 情況f (8) 比較用 礬土 無 正丙胺 3.09 情況2 (8) (1.0) 比較用 碎石 檸檬酸 無 84.6 情況3 (8) (1.0) ΙΗΙΙΙ 第28頁 五、發明說明（23) 實例15 將研漿如同實例3 甘胺酸及〇 · 〇 1重量％笨二j同方式製備，除了將〇 · 1重量％ 抗氧化劑。 开二唑加入其中分別作為有機酸及 作為用於比較之情 式製備，除了益正，將研漿如同實例15的相同方 …、Μ妝加入J：中。 利用此等研毁做CMp ' 表2中清楚可見m 肘…口禾夕J於表2中。如同 磨速率。料，將銅膜的研磨速率比㈣的研磨=的研 例顯著地改善。換言之，發現到正戊胺的加入改善對於力 膜的研磨選擇性。研磨後基板狀態的步階計分析，以及= SEM觀察基板橫剖面確認將凹陷及腐蝕成功地抑制。 528795 五、發明說明（24)
Ipf 丨 3 cd O B-h LO CO CX) 〇0 CO Cu研磨速率 (nm/分鐘） — 卜 1~~1 CD 1254 Ta研磨速率 (nm/分鐘） τ*_·Η CN1 〇6 r—Η 烧基胺 (重量％) 正戊胺 (0.5) 有機酸 (重量％) 甘胺酸 (1.0) 甘胺酸 (1.0) 研磨粒 (重量％) 礬土 (8) 礬土 ⑻ 實例15 比較用 情況4 ΙΙΙ 第30頁 528795 圖式簡單說明 圖1 (a)〜（d)為一連串概略橫剖面圖，圖示形成埋設銅 内連線的習見方法之步驟。 圖2為圖，概略地顯示當利用化學機械研磨習見研漿 形成銅内連線時，内連線部分橫剖面的形狀。 圖3 ( a)〜（b)為一對概略橫剖面圖，圖示根據本發明利 用化學機械研磨用之研漿形成埋設銅内連線的方法之步 驟。 【符號之說明】
1〜下方内連線層 2〜氮化矽膜 3〜氧化矽膜 4〜阻障層金屬膜 5〜銅膜
第31頁

Claims (1)

  1. 528795
    1 六、青專利 Hjh，__ "—'— 1 · I一種化學機械研磨用之研漿，用以研磨形成於鉅 ί金屬#膜上之銅基金屬膜，其包含有研磨粒、氧化劑、及 高碳-單-一級胺。 2·根據申請專利範圍第1項之化學機械研磨用之研 ^ ’其中該高碳—單—一級胺為具有下列通式（1)的烷基 胺，其中1為不小於4但不大於1〇之自然數。 Ci H2U1 〜NH2 (1) 3 ·根據申請專利範圍第1項之化學機械研磨用之研 漿，2中該高碳-單—一級胺為具有下列通式（2)的烷氧基 、土胺、’、中m及η為獨立的等於或小於6之自然數，且m及 1的總合為不小於4但不大於1 〇之自然數。 cmH2m+1-〇- CnH2nNH2 (2) 用之研 己基胺 成之族 聚，4 ·根據申請專利範圍第1項之化學機械研磨 ^ &其包含至少一個選自於由丁基胺、戊基胺、 乙基胺、丙氧基丙基胺及丁氧基丙基胺組 作為該古r山结 . 7喵冋石反-早—級胺。 漿，其根據申晴專利範圍第1項之化學機械研磨用 之研 磨用 之 研漿^ ，高碳—單—一級胺的含量對於化學機械研 水、全部量不少於〇· 01重量％，但不大於5重量Q/〇。
    第32頁 528795 六、申請專利範圍 6. 根據申請專利範圍第1項之化學機械研磨用之研 漿，其進一步包含有機酸，其含量對於化學機械研磨用之 研漿的全部量不少於0. 01重量％，但不大於5重量％。 7. 根據申請專利範圍第1項之化學機械研磨用之研 漿，其中pH值不小於3但不大於9。
    第33頁
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