[发明专利]用于平坦化金属层的研磨组成物

说明书

技术领域

本发明有关一种用于平坦化金属层的研磨组成物，目的在提供一种用于化学机械的研磨组成物，可提高加工对象的平坦化效果。

背景技术

随着电子组件的关键尺寸(Critical Dimension)愈来愈小及导线层数的急遽增加，电阻/电容时间延迟(RC Time Delay)将严重影响整体电路的操作速度。为了改善随着金属联机线宽缩小所造成的时间延迟以及电子迁移可靠性问题，所以选择电阻率低与抗电子迁移破坏能力高的铜导线材料，取代铝合金金属。然而，由于铜金属具有不易蚀刻的特性，必须改采另一种镶嵌(Damascene)方式来形成铜金属导线。

镶嵌(Damascene)方式制程有别于传统先定义金属图案再以介电层填沟的金属化制程，其方法是先在一平坦的介电上蚀刻出金属线的沟槽后，再将金属层填入，最后将多余的金属移去，而得到一具有金属镶嵌于介电层中的平坦结构。镶嵌式制程比起传统的金属化制程具有以下优点：(1)可使基底表面随时保持平坦；(2)可排除传统制程中介电材料不易填入金属导线间隙的缺点：(3)可解决金属层料蚀刻不易的问题，特别是铜金属的蚀刻。

另外，为克服传统内联机的制程中接触窗构造与导线图案需分别制作，使得整个制程步骤极其繁复的缺点，目前另发展出一种双镶嵌(dual damascene)制程，其制作过程是进行两次选择性蚀刻，分别将导线介电质(line dielectric)与介层介电质(via dielectric)蚀开后，一次做完金属层与插塞的阻障层，并一次将导电金属填入介层窗和内联机沟槽，达到简化制程步骤的效果。近年来，为配合组件尺寸缩小化的发展以及提高组件操作速度的需求，具有低电阻常数和高电子迁移阻抗的铜金属，已逐渐被应用来作为金属内联机的材质，取代以往的铝金属制程技术。铜金属的镶嵌式内联机技术，不仅可达到内联机的缩小化并且可减少RC时间延迟，同时也解决了金属铜蚀刻不易的问题，因此已成为现今多重内联机主要的发展趋势。

无论是单镶嵌或双镶嵌的铜制程，在完成铜金属的填充后都需要进行平坦化制程，以将介电层上多余的金属去除。目前，通常藉由化学机械研磨制程来达到此一目的。然而，在金属化学机械研磨的技术中，在金属层表面仍然常常发生金属碟陷(Dishing)及磨蚀(Erosion)等研磨缺陷。

金属碟陷及磨蚀现象与研磨速率及蚀刻比(RR/DER)有极大的关系，较低的蚀刻速率可确保图案凹陷处去除率低，藉此有效抑制碟陷缺陷，但在考虑单位时间的产出量下，研磨速率亦需维持于可接受范围；此外，研磨均匀度也对平坦结果有一定影响，较差的均匀度则需更多的研磨时间将铜完全磨除，因而造成更严重的金属碟陷及磨蚀现象。

为兼顾单位产出量及抑制金属碟陷及磨蚀现象，通常将铜-化学机械研磨制程，分为二个步骤。第一阶段以较快的研磨速率将大部分的铜移除，以增加单位产出量。第二阶段则以较慢的研磨速率磨除剩下的少量铜，藉以避免对凹槽内的铜造成过度磨蚀的现象。通常，二阶段的铜研磨制程，需要更换不同组成的研磨组成物，以符合不同阶段的铜研磨需求。然而，更换研磨组成物非但不利于简化制程，亦可能造成废料的增加。

美国公开号第2008/0254629号所揭示的研磨组成物包含有：胺基酸、重量计约5ppm至低于700ppm的磨粒、三唑化合物以及水，该研磨组成物在铜相对于阻挡层的去除选择性上超过50∶1；而美国第2004/0020135号公开专利文献揭示包括二氧化硅、氧化剂、胺基酸、三唑化合物、及水的铜金属研磨组成物；再者，美国专利第6,440,186号专利并揭示一种研磨组成物包含有：磨粒、一保护膜层成形剂以及过氧化氢，该磨粒粒径大小为50～120nm，而占研磨组成物总重的0.5～5重量％(wt％)；另外，美国专利第6,679,929号专利并揭示一种研磨组成物包含有：磨粒、具有至少10个碳的脂肪族羧酸、选自于氢氧化铵等的碱性物质加速剂、腐蚀抑制剂、过氧化氢以及水。然而，上述各专利并未揭示使用共同抑制剂，可以在维持高研磨去除率的条件下，减缓研磨组成物对于金属的蚀刻速率，而同时适用于第一与第二阶段的铜金属研磨。

发明内容

本发明的主要目的即在提供一种用于平坦化金属层的研磨组成物，可提高加工对象的平坦化效果。

本发明的又一目的在于提供一种同时适用于二阶段金属研磨的研磨组成物。