[发明专利]一种基板的铜互连钴阻挡层

说明书

本发明公开了一种基板的铜互连钴阻挡层，其通过包括以下步骤的化学机械抛光方法抛光：a.配置化学机械抛光液，其中，所述化学机械抛光液含有1～10％的胶体二氧化硅、1‑20mM/L的过硫酸钾、1‑20mM/L的苯并三氮唑以及余量的水和pH调节剂，使得所述抛光液pH值为10‑11；b.以100‑300mL/min的流量向化学机械抛光垫散布抛光液并对承载头施加1‑2psi的压力，对基板的铜互连钴阻挡层结构进行60‑120s的化学机械抛光作业。

技术领域

本发明属于化学机械抛光技术领域，尤其涉及一种基板的铜互连钴阻挡层。

本案是申请号为2020106860098的专利申请的分案申请。

背景技术

集成电路制造需要通过缩小特征尺寸、创新组装方法以及引入新材料等来满足性能和功能的高要求。钴元素被认为是一种在铜互连结构应用中最有希望的扩散阻挡层材料。与传统的可能引起严重的铜沉积问题的Ta/TaN双层相比，钴阻挡层展现出了较低的电阻率、共形粘附特性、直接电镀铜的能力、以及优异的填隙属性。钴与铜的结合需要结合诸如化学机械抛光(CMP)、后清洗等多种湿法工艺处理。因此不仅需要全面研究探索铜互连结构，并且还需要研究探索钴扩散阻挡层。在双大马士革成形的CMP工艺中，使用铜抛光液快速以高去除率移除剩余的铜，随后对残留的铜和钴阻挡层进行平坦化，从而获得适当的材料去除选择比(MRR)以尽可能减少严重的铜碟形缺陷。此外，由于铜与钴的标准平衡电位之间的差异，钴可能在遇到某些抛光液成分后产生电学腐蚀。

铜和钴的CMP工艺面临化学腐蚀、电学腐蚀以及材料去除选择比这三个问题的挑战。在开发钴CMP工艺以前，大多数抛光液和抛光方法是为了铜互连结构研发的，因此强调较高的去除率而不考虑去除选择比，从而导致现有的抛光液和抛光方法难以适应钴阻挡层的需求。

一般而言，用于钴阻挡层的抛光液中含有过氧化氢作为氧化物，羧酸或者氨基酸作为络合剂，腐蚀抑制剂，以及磨料。Nishizawa等人研究了不同浓度的过氧化氢在不同pH下对铜和钴的去除选择比和静态刻蚀率的影响。他们的研究结果显示，由于铜和钴阻挡层的表面形成有钝化层，所述的去除选择比和静态刻蚀率都被抑制住了。然而，基于过氧化氢的抛光液所面临的问题是如何实现合适的去除选择比以及短贮存期而不因过早分解导致运输问题及CMP性能问题。

鉴于CMP作业在薄膜的形成和移除中需要反复进行，可能会氧化、钝化表面膜层的氧化物会成为第一基础要素。诸如过氯酸钾、次氯酸钠、过硼酸钠、硝酸铈铵等很多氧化物都被研究过，但鲜有成果可以确定某种特定的氧化物结合具体的抛光作业适用于具有钴阻挡层的铜互连结构的制程。

发明内容

抛光液成分的选择优化需要包容性理解CMP作业期间的去除机制并且结合特定的抛光作业方法，因此，抛光液中的每种化学成分的具体作用应当结合制程参数进行阐释。

为了在一定程度上解决上述问题的一部分，本发明提供了一种化学机械抛光方法，用于铜互连钴阻挡层，该方法包括以下步骤：

a.配置本发明的化学机械抛光液；

b.以100-300mL/min的流量向化学机械抛光垫散布抛光液并对承载头施加1-2psi的压力，对基板的铜互连钴阻挡层结构进行60-120s的化学机械抛光作业。

优选的，所述化学机械抛光作业是在温度15-30℃条件下进行的。

优选的，用于进行化学机械抛光的抛光头的转速控制为85rpm～89rpm。

优选的，用于进行化学机械抛光的抛光盘的转速控制为91rpm～95rpm。

优选的，所述抛光头的转速控制为87rpm，并且所述抛光盘的转速为93rpm。

根据本发明的一个方面，还提供了一种化学机械抛光液，所述化学机械抛光液含有磨料、过硫酸盐、腐蚀抑制剂，以及水和pH调节剂，使得所述抛光液pH值为10-11。