[發明專利]銅布線表面保護液及半導體電路元件的制造方法

有效

• 申請號: 200980135121.4
• 申請日: 2009-09-02
• 公開（公告）號: CN102150242A
• 公開（公告）日: 2011-08-10
• 發明（設計）人: 山田健二;島田憲司;松永裕嗣
• 申請（專利權）人: 三菱瓦斯化學株式會社
• 主分類號: H01L21/304
• 分類號: H01L21/304;H01L21/3205;H01L23/52
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

技術領域

本發明涉及銅布線表面保護液及使用了該銅布線表面保護液的半導體電路的制造方法，該銅布線表面保護液用于保護銅布線表面以防來源于半導體電路元件制造工序或環境的污染、腐蝕、氧化、異物的產生，從而獲得潔凈的銅布線表面。

背景技術

以往，作為半導體電路元件的制造方法，通常使用光刻法。通過該光刻法來制造半導體電路元件時，經由以下工序而制造：首先，在硅片等半導體基板上形成作為導電用布線材料的金屬膜等導電薄膜層、用于進行布線間的絕緣的硅氧化膜等層間絕緣膜；然后，在其表面均勻地涂布光致抗蝕劑而設置感光層并對其進行選擇性曝光及顯影處理，從而形成所期望的抗蝕圖案；接著，以該抗蝕圖案作為掩模對下層部的薄膜實施選擇性蝕刻處理，從而在該薄膜上形成所期望的布線圖案，除去用作掩模的抗蝕圖案。

半導體電路元件不斷高集成化，圖案加工尺寸必須微細化。與此相伴，上述選擇性蝕刻處理中使用蝕刻氣體的干蝕刻法成為主流。此外，電路布線和電極材料以往一直使用以鋁為主要成分的合金，但將其作為高集成化的半導體電路元件的布線材料使用時電阻過高，布線延遲所致的電路響應速度的降低、發熱量的增加、電流密度的增加所致的電遷移等問題令人擔憂。因此，為了避免這些問題，正在開展使用了與以鋁為主要成分的合金相比電阻較小且遷移特性也優異的銅或含有80質量％以上銅的銅合金的布線材料(以下，稱為銅布線材料)的開發、利用。

然而，作為布線材料有用的銅，難以應用上述選擇性蝕刻處理中使用蝕刻氣體的干蝕刻法，并且存在如下問題：與層間絕緣膜等絕緣材料接觸時，銅布線材料中的銅向該絕緣材料中擴散而使其絕緣性降低。進而，銅布線材料由于非常容易受到氧化，所以表面容易生成氧化物，而且其是在進行濕蝕刻、沖洗等時的水溶液中也容易腐蝕的材料，所以處理時需要注意。

使用銅及含有80質量％以上銅的銅合金作為布線材料時，需要采用不使用利用蝕刻氣體的干蝕刻法的布線形成技術。因此，采用被稱為鑲嵌法的在層間絕緣膜中形成布線形狀的槽并埋入銅布線材料等金屬的布線形成技術。

此外，為了防止銅布線材料中的銅向絕緣材料中擴散而使其絕緣性降低，需要進行用防止銅擴散的膜(以下，稱為防擴散膜)包覆銅布線等處理。該防擴散膜在其功能上形成于銅布線材料與絕緣材料之間。作為其形成方法，采用如下方法：通過濺射法或CVD法(Chemical?Vapor?Deposition：化學氣相沉積法)等成膜方法在形成為所期望的形狀的層間絕緣膜等絕緣材料上形成通常被稱為阻擋層、阻擋金屬膜的防擴散膜而包覆絕緣材料，并在其上形成銅布線材料的方法；通過鍍覆法在半導體基板上形成銅布線材料后，為了除去多余的銅布線材料以及銅布線表面的平坦化，通過化學機械研磨法(以下，稱為CMP)進行平坦化后，通過濺射法或CVD法等在其上形成通常被稱為覆蓋層、即覆蓋金屬膜的防擴散膜而包覆銅布線的方法。所有形成方法中，防擴散膜均按照與銅布線材料表面接觸的方式形成。被這些稱為阻擋層、阻擋金屬膜、覆蓋層、覆蓋金屬膜的防擴散膜包覆的銅布線材料在被該防擴散膜包覆之前的期間處于露出的狀態。該露出狀態的銅容易因大氣中氧的作用而被氧化，被防擴散膜包覆之前該銅布線材料表面產生氧化層。此外，由于轉移至形成防擴散膜的工序之前的等待時間而導致露出的銅布線材料表面上顯著氧化而產生異物，或者發生來源于制造環境的污染、腐蝕、異物的產生等。如果為了避免這些不良情況而限制轉移至形成防擴散膜的工序之前的等待時間，則繁雜且在生產率、經濟性方面也會產生不利影響。

作為銅布線材料表面露出的具體工序，有前述利用鑲嵌法的布線形成工序，所述布線形成工序中，對層間絕緣膜或防擴散膜進行蝕刻而形成布線形狀的槽，并在該槽中埋入銅布線材料。該工序中，作為銅布線材料表面露出的情況，可列舉出下述(1)及(2)那樣的情況。

即，

(1)在為了取得電導通而按照到達下層的銅布線材料的方式對層間絕緣膜或防擴散膜(覆蓋金屬膜)進行蝕刻的工序中，下層銅布線材料表面露出的情況，

(2)在通過鍍覆法在由上述(1)形成的布線形狀的槽中形成防擴散膜(阻擋金屬膜)或銅布線材料、然后通過CMP進行平坦化的工序中，銅布線材料表面露出的情況。

在上述(1)及(2)的情況下，由于包含利用洗滌液進行的洗滌工序或利用超純水等進行的沖洗工序、干燥工序，所以在這些工序中也會引起銅布線材料表面的氧化或腐蝕之類的銅布線材料表面狀態的變化、變質。