[发明专利]化学机械抛光浆料组合物和将其用于铜和硅通孔应用的方法

说明书

发明背景

本发明涉及铜和硅通孔(TSV)化学机械抛光(CMP)领域。更具体而言，其涉及CMP浆料组合物及使用所述浆料组合物的方法。

半导体制造中化学机械平坦化(CMP)的使用是本领域技术人员熟知的。例如，可使用CMP加工来移除过量的用来形成互连、通孔和线的金属如铜。已在该发明领域中开展了工作。

美国专利第6,436,811号公开了用来形成金属互连的方法，所述方法包括以下步骤：在衬底上形成的绝缘膜中形成凹进，在整个表面上形成含铜的金属膜使得所述凹进被所述金属填充，然后通过化学机械抛光来抛光所述含铜的金属膜，所述方法的特征在于，抛光步骤使用化学机械抛光浆料来进行，所述化学机械抛光浆料包含抛光材料、氧化剂和防止在使用至少27kPa的压力使抛光垫接触经抛光表面时正抛光的产品粘附于抛光垫的粘附抑制剂。该发明允许我们防止正抛光的产品粘附于抛光垫并允许我们以改进的生产能力形成均匀的互连层，即便是在抛光步骤过程中抛光大量的含铜金属时。

美国专利第5,770,095号提供了抛光方法，所述抛光方法包括以下步骤：在其表面上具有凹陷部分的衬底上形成由含金属作为主要组分的材料制成的膜，以便用所述膜填充所述凹陷部分，并通过使用抛光剂的化学机械抛光方法抛光所述膜，所述抛光剂含有用于通过与所述含金属作为主要组分的材料反应而在所述膜的表面上形成保护膜的化学剂，由此在所述凹陷部分中形成导电膜。美国专利第5,770,095号还提供了抛光剂，其用于通过使用化学机械抛光方法来在其表面上具有凹陷部分的衬底的凹陷部分中形成由含金属作为主要组分的材料制成的膜，其包括用于通过与所述含金属作为主要组分的材料反应而在待抛光衬底的表面上形成保护膜的化学剂。

美国专利第6,585,568号提供了用于抛光由衬底上包含凹进的绝缘膜上形成的铜基金属膜的化学机械抛光浆料，其包含抛光材料、氧化剂和水以及苯并三唑化合物和三唑化合物。所述抛光浆料可以用在CMP中以在较高的抛光速率即较高的生产能力下形成具有优异的电性能的可靠镶嵌电连接，同时防止碟形凹陷。

美国专利第6,679,929号教导了抛光组合物，其包含以下组分(a)至(g)：

(a)至少一种选自二氧化硅、氧化铝、氧化铈、氧化锆和氧化钛的磨料；(b)脂族羧酸；(c)至少一种选自铵盐、碱金属盐、碱土金属盐、有机胺化合物和季铵盐的碱性化合物；(d)至少一种选自柠檬酸、草酸、酒石酸、甘氨酸、α-丙氨酸和组氨酸的抛光促进化合物；(e)至少一种选自苯并三唑、苯并咪唑、三唑、咪唑和甲苯基三唑的抗蚀剂；(f)过氧化氢；和(g)水。

美国专利第6,440,186号教导了抛光组合物，其包含：(a)磨料；(b)与铜离子形成螯合物的化合物；(c)为铜层提供形成保护层的功能的化合物；(d)过氧化氢；和(e)水，其中组分(a)的磨料具有在50至120nm的范围内的初级粒径。

美国专利第6,838,016号公开了抛光组合物，其包含以下组分(a)至(g)：(a)磨料，其为选自二氧化硅、氧化铝、氧化铈、氧化锆和氧化钛的至少一种，(b)聚亚烷基亚胺，(c)选自喹哪啶酸(guinaldic acid)及其衍生物的至少一种，(d)选自甘氨酸、α-丙氨酸、组氨酸及它们的衍生物的至少一种，(e)选自苯并三唑及其衍生物的至少一种，(f)过氧化氢，和(g)水。

美国专利申请第2007/0167017 A1号提供了金属抛光液，其包含氧化剂、氧化金属蚀刻剂、保护膜形成剂、保护膜形成剂的溶解促进剂和水。该申请还教导了制备该金属抛光液的方法；和使用该金属抛光液的抛光方法。还提供了用于金属抛光液的材料，其包括氧化金属蚀刻剂、保护膜形成剂和保护膜形成剂的溶解促进剂。

US 2009/0156006公开了适于抛光半导体材料的化学机械抛光(CMP)组合物。所述组合物包含磨料、有机氨基化合物、酸性金属络合剂和水性载体。还公开了利用所述组合物抛光半导体材料的表面的CMP方法。

US2010/0081279教导了在层叠装置的制造中形成基础晶片通孔的有效方法。基础晶片可为硅晶片，在这种情况下，所述方法涉及TSV(硅通孔)技术。在适宜的条件下，所述方法提供硅和金属(例如，铜)二者的高移除速率，并且在基础晶片材料对金属选择性方面是可调的。

随着工业标准趋向更小的装置特征，铜和TSV CMP浆料有着不断的发展。

因此，仍对在抛光IC芯片的纳米结构的本体铜层时以高且可调的移除速率和低的缺陷提供优异的平坦化的CMP浆料有着显著需要。