[发明专利]用于提高氧化物移除速率的镓与铬离子

说明书

技术领域

本发明涉及化学机械抛光组合物及化学机械抛光方法。

背景技术

集成电路由形成在基板上或基板中的数百万个有源器件构成，该基板例 如硅晶片。所述有源器件以化学方式和物理方式连接到基板中且通过使用多 层互连而互联形成功能电路。典型的多层互连包含第一金属层、层间介电层、 及某些情况下的第三及后续的金属层。诸如掺杂及未掺杂的二氧化硅(SiO₂) 和/或低k电介质的层间电介质用以电隔离不同的金属层。形成每一层时，通 常使该层平坦化以使后续各层能够形成在该新形成的层上。

一种在介电基板上制造平坦金属电路迹线的方法被称为镶嵌工艺。根据 该工艺，介电表面通过常规的干式蚀刻工艺得以图案化，以形成用于垂直及 水平互连的孔及沟槽。该图案化表面涂覆有诸如钛或钽的粘合促进层和/或诸 如氮化钛或氮化钽的扩散阻挡层。然后，在粘合促进层和/或扩散阻挡层的外 面涂覆铜层或钨层。使用化学机械抛光来减小铜层或钨外层的厚度以及任何 粘合促进层和/或扩散阻挡层的厚度，直至获得暴露二氧化硅表面的升高部分 的平坦表面。通孔及沟槽保持填充有形成电路互连的导电铜或钨。

在某些应用中，期望在抛光金属层和/或阻挡层之后使用额外的抛光步骤 以充分平坦化介电表面。通常，适用于金属和/或阻挡层的化学-机械抛光的 抛光组合物及方法并不适用于包含二氧化硅的介电层的抛光。

需要抛光二氧化硅层的另一半导体制造方法为浅沟槽隔离(STI)工艺。根 据STI工艺，氮化硅层形成于硅基板上，浅沟槽经由蚀刻或光刻法而形成， 且沉积介电层(通常为二氧化硅)以填充沟槽。由于以此方式形成的沟槽深度 的变化，通常必需在基板之上沉积过量的介电材料以确保完全填充所有沟 槽。

介电材料符合基板的下伏布局。因此，基板的表面的特征在于沟槽之间 的上覆氧化物的凸起区域。然后，位于沟槽外部的过量电介质通常通过化学 -机械平坦化工艺来移除，该化学-机械平坦化工艺额外地提供了用于进一步 处理的平坦表面。

当前，存在两种用于二氧化硅的化学-机械平坦化的主要方法。第一种 方法包括使用具有大于10的pH值的高固体含量(10-20重量％)的基于二氧 化硅的抛光组合物。高固体含量导致这种抛光组合物的高成本。第二种方法 包括在抛光组合物中使用氧化铈研磨剂。虽然当基于氧化铈的抛光组合物用 于抛光二氧化硅层时其显现出高移除速率，但源自氧化铈研磨剂的铈离子可 污染基板结构，从而需要侵蚀性的后CMP清洗工艺。这些抛光组合物的缺 点包括当减小二氧化硅含量时抛光速率低，当增加二氧化硅含量以提高抛光 速率时成本提高，以及相对于基板表面的其他组分(诸如钽)而言通常显现出 低的抛光速率。

因此，在本领域中仍需要用于化学-机械平坦化含二氧化硅的基板的组 合物及方法，其将提供有用的二氧化硅移除速率。

发明内容

本发明提供一种化学-机械抛光组合物，其包含以下物质、基本上由以 下物质组成、或者由以下物质组成：(a)二氧化硅，(b)其量足以提供0.2mM 至10mM的选自镓(III)、铬(II)及铬(III)的金属阳离子的化合物，及(c)水，其 中该抛光组合物具有1至6的pH值。本发明还提供一种化学-机械抛光基板 的方法，该方法包括：(i)提供基板；(ii)使该基板与抛光垫及化学-机械抛光 组合物接触，该化学-机械抛光组合物包含以下物质、基本上由以下物质组 成、或者由以下物质组成：(a)二氧化硅，(b)其量足以提供0.2mM至10mM 的选自镓(III)、铬(II)及铬(III)的金属阳离子的化合物，及(c)水，其中该抛光 组合物具有1至6的pH值；(iii)相对于该基板移动该抛光垫，其间具有该化 学-机械抛光组合物；及(iv)磨除该基板的至少一部分以抛光该基板。

具体实施方式

本发明提供一种化学-机械抛光组合物，其包含以下物质、基本上由以 下物质组成、或者由以下物质组成：(a)二氧化硅，(b)其量足以提供0.2mM 至10mM的选自镓(III)、铬(II)及铬(III)的金属阳离子的化合物，及(c)水，其 中该抛光组合物具有1至6的pH值。当用以抛光包含介电材料(特别是基于 二氧化硅的介电材料)的基板时，该抛光组合物合意地提供提高了的移除速 率。