[发明专利]高温CMP组合物及其使用方法

说明书

公开了在升高的垫或晶片表面温度下提供稳定且稳健的抛光性能的CMP组合物及其使用方法。本公开的组合物包含反应速率优化(RRO)化合物，其优化在晶片表面上在升高的抛光温度下在浆料化学中发生的各种化学反应，使得单个晶片内的去除速率变化10％。

技术领域

本公开一般地涉及用于化学机械抛光(CMP)工艺中的抛光组合物。更具体地，本公开涉及具有反应速率优化(RRO)化合物的抛光组合物，所述反应速率优化(RRO)化合物优化CMP工艺期间的去除速率的均匀性。

背景技术

化学机械抛光或平坦化(CMP)涉及使用抛光垫和浆料使半导体晶片上的不同层平坦化以在构造后续层之前抛光掉多余或不需要的材料的层。由于铜的非凡的导电性，它是在半导体制造中用于形成互连的常用材料。一旦通过例如根据由基底上的模板(stenciledtemplate)指示的图案沉积铜的镶嵌工艺而形成铜镶嵌结构，就通过抛光和清除铜和在镶嵌线之间的扩散阻挡金属来制造独立的铜线。铜和阻挡层CMP涉及在制造芯片的后段制程的层时对每层的铜和阻挡层抛光的重复循环。期望以高的材料去除速率对晶片进行抛光以提高处理能力，同时仍保持有利的晶片特性，例如低的总缺陷(尤其是认为部分地由浆料中的不期望的杂质颗粒引起的划痕)数量。

图1a至1d示出典型的抛光过程。图1a示出其上具有铜和阻挡层的晶片基底。在第一步骤(1b)中，以高速率抛光铜以除去大部分(bulk)。在下一步骤(1c)中，使用较少的下压力，以使化学层更加平坦，并暴露阻挡层中的一些。在最后这两个步骤中，通常使用高速抛光浆料。在最后的步骤(1d)中，可以使用低去除速率的浆料来使基底和另外的层平坦化。

图2示出抛光步骤后晶片中可能出现的一些典型缺陷。铜层可能“成碟形”，意味着铜层低于周围的阻挡层。“侵蚀”是指铜层、周围的阻挡层和基底的都不希望的过度抛光。当未除去足够的铜层时，可能出现“突起”。

作为摩擦和磨损过程的CMP工艺产生热。通常由聚合物材料制成的CMP垫是绝热体。因此，在抛光过程期间产生的大部分热量通过晶片或浆料消散。在CMP期间晶片表面上的温度可以显著变化(Proc1999 Spring MRS,P.Renteln和T Ninh)。垫表面温度也可以变化高达10℃至15℃。在抛光期间晶片表面温度可以达到超过70℃。晶片表面上的温度分布取决于许多参数。所使用的垫的类型、旋转速度、下压力、浆料组成和压板的类型都影响晶片表面上的温度。图3a至3c示出温度可以如何影响去除速率的示例。

抛光组合物也对抛光温度变化具有非常强的影响。大多数抛光组合物包含磨料颗粒，并且磨料颗粒的量和尺寸可以影响晶片的表面上的摩擦，从而升高温度。另一方面，如果抛光组合物包含润滑剂，则它可以减小摩擦系数并因此降低温度。

一些抛光工具如AMAT包括用于压板的冷却机制。因此，可以将压板优化到预设温度。然而，即使使用这种有用的工具，晶片和垫温度也可以变化高达5℃至15℃。

CMP工艺是化学和机械过程。该工艺的化学部分可以包括许多化学反应。抛光组合物的组分可以以不同方式与铜反应，形成不同类型的氧化物、铜络合物，并且还导致铜和铜氧化物的不同程度的溶解。大多数化学反应是非常温度敏感的。大多数化学反应的反应速率随温度而增加。因此氧化、蚀刻、钝化或溶解在较高的抛光温度下可以显著增加。如果这些反应中的任一者对温度极其敏感，则它可能在铜抛光过程中引起主要问题。如上所述，在CMP期间晶片表面温度可能显著变化。如果变化为5℃至15℃，则晶片上不同点上的铜去除将显著不同，导致主要的去除率变化问题。实际上，有一份报告指出垫温度的10℃变化可以使去除速率加倍(Proc1999 Spring MRS,P.Renteln和T Ninh)。