[发明专利]用于半导体材料的化学机械抛光的组合物及方法

说明书

技术领域

本发明涉及抛光组合物以及使用该抛光组合物抛光基底的方法。更具体 地说，本发明涉及适合用于抛光半导体表面的化学机械抛光组合物。

背景技术

用于基底表面的化学机械抛光(CMP)的组合物及方法在本领域中是公知 的。用于半导体基底(例如集成电路)的含金属的表面的CMP的抛光组合物 (也称为抛光浆料、CMP浆料、及CMP组合物)通常含有研磨剂、各种添加 剂化合物等。

通常，CMP涉及对外覆的第一层同时进行化学和机械抛光，以暴露出 其上形成所述第一层的不平坦的第二层表面。在Beyer等人的美国专利No. 4789648中描述了一种这样的工艺。简单地说，Beyer等人公开了一种CMP 工艺，其中，使用抛光垫和浆料以高于第二层移除速率的速率来移除第一层， 直至材料的外覆第一层的表面变为与被覆盖的第二层的上表面共平面。在美 国专利No.4671851、No.4910155和No.4944836中提供了对化学机械抛光 的更详细的解释。

在常规CMP技术中，在CMP装置中，将基底载体或抛光头安装在载体 组件上，且将其定位成与抛光垫接触。该载体组件提供对基底的可控制的压 力，迫使基底抵靠在抛光垫上。使该垫与具有附着的基底的载体彼此相对移 动。该垫与基底之间的相对移动用于磨除该基底表面，以便从该基底表面移 除一部分材料，从而抛光该基底。基底表面的抛光通常进一步借助于抛光组 合物的化学活性(例如，通过存在于CMP组合物中的氧化剂或其它添加剂) 和/或悬浮于抛光组合物中的研磨剂的机械活性。典型的研磨材料包括二氧化 硅、氧化铈、氧化铝、氧化锆及氧化锡。

例如，Neville等人的美国专利No.5527423描述了一种通过用抛光浆料 接触金属层的表面而对金属层进行化学机械抛光的方法，该抛光浆料包含悬 浮在含水介质中的高纯度金属氧化物细颗粒。或者，研磨材料可引入到抛光 垫中。Cook等人的美国专利No.5489233公开了具有表面纹理或图案的抛光 垫的用途，且Bruxvoort等人的美国专利No.5958794公开了一种固定研磨剂 抛光垫。

半导体晶片通常包括其上已形成多个晶体管的基底，例如，硅或砷化 镓)。通过将基底中的区域以及基底上的各层图案化而将晶体管以化学和物 理方式连接到基底上。晶体管和各层由层间介质(ILD)隔离，层间介质主要 由某些形式的氧化硅(SiO₂)组成。通过使用公知的多层互连来使各晶体管互 连。典型的多层互连由层叠的薄膜组成，所述薄膜由一种或多种下列物质构 成：钛(Ti)、氮化钛(TiN)、钽(Ta)、铝-铜(Al-Cu)、铝-硅(Al-Si)、铜(Cu)、钨 (W)、掺杂的多晶硅(poly-Si)、及其各种组合。此外，经常通过使用填充有绝 缘材料(例如，二氧化硅、氮化硅、和/或多晶硅)的沟槽使晶体管或晶体管组 相互隔离。

通过Chow等人的美国专利No.4789648中所公开的方法，已经对用于 形成互连的常规技术进行了改进，该专利涉及用于生产在基底上的共平面的 多层金属/绝缘体膜的方法。这一已经获得广泛关注并产生多层互连的新技术 使用化学机械抛光，以在器件制造的各阶段中使金属层或薄膜的表面平坦 化。

虽然许多已知的CMP浆料组合物适合用于有限的用途，但是，上述浆 料往往表现出不能接受的抛光速率和相应的对晶片制造中所用的绝缘体材 料的选择性水平。此外，已知的抛光浆料往往产生对在下面的膜的差的膜移 除特性或者产生有害的膜腐蚀，这导致了差的生产率。

当前需要开发对半导体材料如多晶硅表现出有用的移除速率的新型 CMP组合物。本发明提供这种改进的CMP组合物。本发明的这些及其它优 点、以及另外的发明特征将从本文中所提供的本发明的描述变得明晰。

发明内容

本发明提供一种适合用于抛光半导体材料(包括多晶硅)的化学机械抛光 (CMP)组合物。该组合物具有中性或碱性pH值(例如，约7～约9)，并且包含 约0.1～约15重量％的颗粒状研磨材料、约10～约5000ppm的至少一种有机 氨基化合物、约10～约5000ppm的至少一种酸性金属络合剂、和为此的含水 载体。该有机氨基化合物可以为氨基醇化合物、烷氧基化的氨基化合物、多 氨基化合物、季氨基化合物、或它们中的两种或更多种的组合。