[发明专利]制造铜互连的阻挡层抛光的CMP浆料组合物、使用其的抛光方法及通过其制造的半导体器件

说明书

相关申请的引用

本申请要求于2008年12月31日在韩国知识产权局提交的韩 国专利申请第10-2008-0137804号以及于2009年9月15日在韩国 知识产权局提交的韩国专利申请第10-2009-0086869号的优先权， 将其全部公开内容均结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种用于制造铜互连(copper interconnects)的阻挡 层抛光(barrier polishing)的化学-机械抛光(CMP)浆料组合物(淤 浆组合物，slurry composition)。

背景技术

随着近来向高集成和高性能大规模集成电路(在下文中，称为 LSI)的趋势，已经开发了新型微处理方法。作为这样的方法之一 的化学-机械-抛光(在下文中，称为CMP)是一种在用于制造LSI 的方法中，尤其是在用于制造多层金属互连的方法中经常使用的技 术，以平面化中间绝缘层(inter-insulating layer)，从而形成金属插 头(metal plug)或埋置的金属互连等。近来，已经使用铜或铜合金 作为互连材料，以便制造高度集成的LSI。然而，铜和铜合金采用 已经常用于形成铝合金互连的干蚀刻很难进行处理。在这点上，使 用了镶嵌工艺(damascene process)，其中铜或铜合金沉积并埋置在 其上形成有槽的绝缘膜上和绝缘膜内，并且除了槽之外的薄膜部分 随后通过CMP除去，从而形成埋置的铜互连。

CMP是一种在制造半导体器件期间使用抛光垫(polishing pad) 和浆料组合物来平面化晶片表面的方法。在CMP期间，在晶片和 抛光垫相互接触的状态下，使晶片相对于抛光垫进行轨道运动(旋 转运动和直线运动的组合)，并且此时，采用包含磨料颗粒的浆料 组合物来进行抛光。通常，在CMP中所用的浆料组合物包括产生 物理作用的磨料颗粒以及产生化学作用的蚀刻剂。因此，CMP浆料 组合物可以通过物理和化学作用来选择性地去除晶片表面上的暴 露部分，由此确保在宽的表面区域(表面积)上的最佳平面化。

当使用CMP形成金属互连时，实现期望的抛光速率同时控制 化学蚀刻是很重要的。尤其是，在形成铜互连时，由于化学物质的 高腐蚀性能，铜膜可以被容易地去除，但是铜互连由于增加的蚀刻 速率而可以被容易地腐蚀。考虑到该问题，应该使用适当浓度的氧 化剂，并且同时，需要向CMP浆料组合物中添加缓蚀剂(腐蚀抑 制剂)。

为了形成埋置的金属互连，例如，铜或铜合金互连或钨插头互 连，如下进行三步抛光。例如，为了形成铜互连，首先，快速去除 大量的铜(所谓的“粗铜(bulk copper)抛光步骤”)。第二，除去 铜而非阻挡膜，并且不除去绝缘膜(所谓的“铜过抛光步骤(copper over-polishing step)”)。第三，铜的去除速率降低，而阻挡膜和绝缘 膜的去除速率增加，使得铜的去除速率基本上与阻挡膜和绝缘膜的 去除速率相同(所谓的“阻挡层抛光步骤”)。即，相对于阻挡膜和 绝缘膜，铜的抛光选择性应该降低，以便降低在第二抛光步骤期间 出现的磨蚀/表面凹陷(dishing)，并完全除去铜残留物。如果阻挡 膜和绝缘膜的抛光速率显著低于铜，则在第二抛光步骤期间出现的 磨蚀/表面凹陷不能被消除。

通常，第一和第二抛光步骤使用相同的粗铜抛光浆料组合物在 不同的抛光条件下进行。第三抛光步骤使用不同于粗铜抛光浆料组 合物的阻挡层抛光浆料组合物来进行。本发明提供了一种用于第三 抛光步骤的浆料组合物。

为了形成铜互连，使用钽、钽合金、氮化钽或其它钽化合物作 为阻挡材料，用于防止铜扩散到中间绝缘层(inter-insulating layer) 中。这些阻挡材料具有比铜和铜合金更高的刚性，并且倾向于不易 于被氧化。因此，通常增加使用机械方法的阻挡材料的去除速率。 然而，在这种情况下，存在在抛光后在图案表面上引起刮伤的更高 的可能性。

为了改善在最终铜互连图案上去除表面凹陷和磨蚀，在阻挡层 抛光步骤期间，铜膜、阻挡膜和绝缘膜的抛光速率比理想地为1∶1∶1， 并在最后抛光后，由于保留在绝缘膜和铜互连上的残留磨料颗粒引 起的表面缺陷如污染或刮伤处于尽可能低的水平。

发明内容