[发明专利]铜布线表面保护液及半导体电路元件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及铜布线表面保护液及使用了该铜布线表面保护液的半导体电路的制造方法，该铜布线表面保护液用于保护铜布线表面以防来源于半导体电路元件制造工序或环境的污染、腐蚀、氧化、异物的产生，从而获得洁净的铜布线表面。

背景技术

以往，作为半导体电路元件的制造方法，通常使用光刻法。通过该光刻法来制造半导体电路元件时，经由以下工序而制造：首先，在硅片等半导体基板上形成作为导电用布线材料的金属膜等导电薄膜层、用于进行布线间的绝缘的硅氧化膜等层间绝缘膜；然后，在其表面均匀地涂布光致抗蚀剂而设置感光层并对其进行选择性曝光及显影处理，从而形成所期望的抗蚀图案；接着，以该抗蚀图案作为掩模对下层部的薄膜实施选择性蚀刻处理，从而在该薄膜上形成所期望的布线图案，除去用作掩模的抗蚀图案。

半导体电路元件不断高集成化，图案加工尺寸必须微细化。与此相伴，上述选择性蚀刻处理中使用蚀刻气体的干蚀刻法成为主流。此外，电路布线和电极材料以往一直使用以铝为主要成分的合金，但将其作为高集成化的半导体电路元件的布线材料使用时电阻过高，布线延迟所致的电路响应速度的降低、发热量的增加、电流密度的增加所致的电迁移等问题令人担忧。因此，为了避免这些问题，正在开展使用了与以铝为主要成分的合金相比电阻较小且迁移特性也优异的铜或含有80质量％以上铜的铜合金的布线材料(以下，称为铜布线材料)的开发、利用。

然而，作为布线材料有用的铜，难以应用上述选择性蚀刻处理中使用蚀刻气体的干蚀刻法，并且存在如下问题：与层间绝缘膜等绝缘材料接触时，铜布线材料中的铜向该绝缘材料中扩散而使其绝缘性降低。进而，铜布线材料由于非常容易受到氧化，所以表面容易生成氧化物，而且其是在进行湿蚀刻、冲洗等时的水溶液中也容易腐蚀的材料，所以处理时需要注意。

使用铜及含有80质量％以上铜的铜合金作为布线材料时，需要采用不使用利用蚀刻气体的干蚀刻法的布线形成技术。因此，采用被称为镶嵌法的在层间绝缘膜中形成布线形状的槽并埋入铜布线材料等金属的布线形成技术。

此外，为了防止铜布线材料中的铜向绝缘材料中扩散而使其绝缘性降低，需要进行用防止铜扩散的膜(以下，称为防扩散膜)包覆铜布线等处理。该防扩散膜在其功能上形成于铜布线材料与绝缘材料之间。作为其形成方法，采用如下方法：通过溅射法或CVD法(Chemical Vapor Deposition：化学气相沉积法)等成膜方法在形成为所期望的形状的层间绝缘膜等绝缘材料上形成通常被称为阻挡层、阻挡金属膜的防扩散膜而包覆绝缘材料，并在其上形成铜布线材料的方法；通过镀覆法在半导体基板上形成铜布线材料后，为了除去多余的铜布线材料以及铜布线表面的平坦化，通过化学机械研磨法(以下，称为CMP)进行平坦化后，通过溅射法或CVD法等在其上形成通常被称为覆盖层、即覆盖金属膜的防扩散膜而包覆铜布线的方法。所有形成方法中，防扩散膜均按照与铜布线材料表面接触的方式形成。被这些称为阻挡层、阻挡金属膜、覆盖层、覆盖金属膜的防扩散膜包覆的铜布线材料在被该防扩散膜包覆之前的期间处于露出的状态。该露出状态的铜容易因大气中氧的作用而被氧化，被防扩散膜包覆之前该铜布线材料表面产生氧化层。此外，由于转移至形成防扩散膜的工序之前的等待时间而导致露出的铜布线材料表面上显著氧化而产生异物，或者发生来源于制造环境的污染、腐蚀、异物的产生等。如果为了避免这些不良情况而限制转移至形成防扩散膜的工序之前的等待时间，则繁杂且在生产率、经济性方面也会产生不利影响。

作为铜布线材料表面露出的具体工序，有前述利用镶嵌法的布线形成工序，所述布线形成工序中，对层间绝缘膜或防扩散膜进行蚀刻而形成布线形状的槽，并在该槽中埋入铜布线材料。该工序中，作为铜布线材料表面露出的情况，可列举出下述(1)及(2)那样的情况。

即，

(1)在为了取得电导通而按照到达下层的铜布线材料的方式对层间绝缘膜或防扩散膜(覆盖金属膜)进行蚀刻的工序中，下层铜布线材料表面露出的情况，

(2)在通过镀覆法在由上述(1)形成的布线形状的槽中形成防扩散膜(阻挡金属膜)或铜布线材料、然后通过CMP进行平坦化的工序中，铜布线材料表面露出的情况。

在上述(1)及(2)的情况下，由于包含利用洗涤液进行的洗涤工序或利用超纯水等进行的冲洗工序、干燥工序，所以在这些工序中也会引起铜布线材料表面的氧化或腐蚀之类的铜布线材料表面状态的变化、变质。