[发明专利]化学机械抛光组合物

说明书

本发明主题涉及一种化学机械抛光(CMP)组合物，其包含无机粒子、包含氨基和/或至少一个酸基(Y)的至少一种有机化合物、过硫酸钾、至少一种腐蚀抑制剂及水性介质，其用于抛光半导体工业的基材，该基材包含钴和/或钴合金及TiN和/或TaN。

本发明主题涉及一种化学机械抛光(CMP)组合物，其包含无机粒子、包含氨基和/或至少一个酸基(Y)的至少一种有机化合物、过硫酸钾、至少一种腐蚀抑制剂及水性介质，其用于抛光半导体工业的基材，该基材包含钴和/或钴合金及TiN和/或TaN。

在半导体工业中，化学机械抛光(缩写为CMP)为应用于制造先进的光子、微机电及微电子材料及装置(如，半导体晶圆)中的熟知技术。

在制造用于半导体工业中的材料及装置期间，采用CMP以使金属和/或氧化物表面平坦化。CMP利用化学及机械作用的相互作用来达成待抛光表面的平坦度。化学作用由化学组合物(也称作CMP组合物或CMP浆料)来提供。机械作用通常通过抛光垫来进行，典型地将该抛光垫按压至待抛光表面上且将其安装于移动压板上。压板的移动通常为直线的、旋转的或轨道式的。

在典型CMP方法步骤中，旋转晶圆固持器使待抛光晶圆与抛光垫接触。CMP组合物通常施用于待抛光晶圆与抛光垫之间。

随着在超大规模集成电路(ultra large scale integrated Circuit；ULSI)技术中特征尺寸的连续缩减，铜互连结构的尺寸变得愈来愈小。为了减少RC延迟，铜互连结构中的障壁或粘着层的厚度变得更薄。传统铜障壁/粘着层堆栈Ta/TaN不再适合，因为Ta的电阻率相对较高，且铜无法直接电镀至Ta上。与Ta相比，钴具有较低电阻率且更便宜。Cu与Co之间的粘着性良好。Cu容易于在Co上成核，铜也可直接电镀于钴上。

在集成电路中，Co用作铜互连件的粘着层或障壁层，同时Co在内存装置中也可用作纳米结晶Co，且在MOSFET中用作金属闸极。

多孔低k介电材料已用于当前互连结构。据报导，低k材料容易于受到电浆或抛光浆料损坏。在当前化学机械抛光处理中，为了减少对低k介电质的损坏，用于铜及障壁的大部分目前浆料为酸性的。但观察到，铜及钴容易溶解在含有氧化剂(例如，过氧化氢)的酸性溶液中。此使铜及钴的抛光速率过高，使得其将诱发铜线凹陷。另外，在铜互连结构的侧壁上钴粘着层的溶解可导致铜线分层，且造成可靠性问题。

在半导体芯片制造中钴的另一项应用是借助CVD或PVD方法将钴沉积到沟槽或通孔中。介电层由内衬垫覆盖以确保Co不会分层或扩散到介电层中。Ti/TiN和/或Ta/TaN层可作为内衬和/或阻挡层使用。

对于如Co涂覆晶圆的CMP的镶嵌而言，在一个步骤去除Co和内衬是有好处的。因此，Co以及Ti/TiN和/或Ta/TaN的高移除速率是有利的。另一方面，介电质层不应被损坏，因此这种类型的材料需要低速率。

视超大规模集成电路(ULSI)技术中的所用整合方案而定，Co、Cu及、低k介电材料、Ti/TiN和/或Ta/TaN以不同量及层厚度共存在选择性、腐蚀、移除速率及表面质量方面向用于半导体装置制造中的化学机械抛光的组合物提出多项挑战。

用于抛光包含金属及Ti/TiN和/或Ta/TaN的半导体工业基材的CMP组合物(包含无机粒子、包含氨基以及至少一个酸基(Y)的至少一种有机化合物、氧化剂以及水性介质)为已知且例如叙述于以下文献中。

US 6,840,971B2公开含有α-氨基酸的化学机械抛光组合物及浆料，其可用于抛光包括多层金属或金属和介电质例如Cu/TiN/Ti及Cu/TaN/Ta多层基材的基材。除了α-氨基酸，浆料包括磨料粒子、氧化剂及任选包括钝化膜形成剂、分散剂、表面活性剂、抛光停止化合物以及稳定剂的进一步成分。特别适用于在可控制条件下以良好的速率抛光包括铜、钛、氮化钛、钽、氮化钽、钨及氮化钨层的基材。