[发明专利]具有低腐蚀性的化学机械平面化组合物和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年6月24日提交的美国临时专利申请序列号61/358,309的优先权。

发明背景

本发明涉及用于半导体制造的化学机械平面化(chemical mechanical planarization)(CMP，化学机械抛光)。特别地，本发明涉及CMP在低(例如，22nm)工艺节点应用中的用途。

在第2阶段采用阻挡层CMP浆料(barrier CMP slurry)的CMP工艺通常用来去除和磨平图案化晶片的表面上的过量金属层和其他膜，以实现全面平面化。

当利用这种CMP工艺时，可以采用多步骤的CMP工艺，包括初始除去和磨平铜覆盖层(copper overburden)，被称为第1步铜CMP工艺，接着是阻挡层CMP工艺。阻挡层CMP工艺常常被称为阻挡或第2步CMP工艺。

不适合于半导体制造的特定的特征变形(featured distortion)，是由在化学机械抛光工艺中与铜通孔或金属线相互作用的化学成分的进一步腐蚀造成的对于铜通孔或金属线的损伤。因此，以下是非常重要的：在CMP浆料中确认和使用合适的缓蚀剂以在化学机械抛光工艺的过程中和之后减少和控制铜通孔或槽的进一步腐蚀。

在第2步CMP工艺中，阻挡层CMP浆料用于抛光处理。涉及使用阻挡层CMP浆料的化学反应包括：由用于阻挡层CMP浆料中的氧化剂(例如，H₂O₂)诱导的氧化反应。铜通孔或槽的表面和阻挡材料(如钽)被氧化为相关的金属氧化物膜，通常情况下，金属铜被氧化成氧化亚铜和氧化铜的混合物，而Ta被氧化为Ta₂O₅(Ta的优选氧化物形式)。在大多数情况下，可以化学键合铜阳离子和钽阳离子的螯合剂或配体用于钽阻挡层CMP浆料中以加速氧化铜和氧化钽的溶解，从而产生需要的铜通孔、槽和阻挡层的去除速率。通常情况下，研磨剂还用于大多数阻挡CMP浆料中；具有可变粒度的研磨剂在施加的压力下提供抛光垫和晶片表面之间的机械摩擦力。

一般来说，新抛光的铜通孔或槽将继续与用于CMP浆料中的化学成分相互作用，以发生进一步的腐蚀过程。进一步腐蚀的铜通孔或槽将导致IC芯片后续集成的一些缺陷问题。因此，缓蚀剂用于阻挡层CMP浆料中以保护铜通孔或槽在化学机械抛光工艺过程中和之后免受进一步腐蚀。例如，BTA(1-H-1，2，3-苯并三唑)为广泛已知的，并用作CMP浆料中的缓蚀剂。

理想情况下，由用于CMP浆料(例如，阻挡浆料)中的缓蚀剂形成的单层保护是优选的，但事实上，有时BTA倾向于在铜通孔或槽的表面上通过配位反应形成多层保护膜。当用于碱性溶液中时，BTA在腐蚀抑止方面也变得不那么有效。公认的BTA在抛光的铜通孔或槽表面上的钝化机制涉及形成聚合的BTA-Cuⁿ⁺络合物或四聚BTA-Cuⁿ⁺络合物的薄层。

BTA作为缓蚀剂的另一个缺点是，当由于形成聚合BTA-Cuⁿ⁺络合物的不溶性薄膜导致BTA浓度增加时，铜通孔或槽的去除速率一般会出现不希望的降低。因此，明显需要寻找新的缓蚀剂，其在CMP处理期间和之后保护金属表面免受腐蚀，且没有BTA和相关缓蚀剂所具有的上述缺点。本发明通过提供没有与BTA相关的缺点的新的有效缓蚀剂满足了这种需要。

发明内容

本文描述一种用于图案化的衬底表面(如，举例来说，图案化的半导体晶片)的化学机械平面化(“CMP”)的化学机械抛光浆料。更具体地，本文还描述用于抛光包括多层膜(如阻挡、低k或超低K、电介质和金属通孔或槽)的图案化晶片的CMP抛光组合物。这种化学机械抛光组合物对于用于图案化晶片的化学机械抛光的第二阶段特别有效，并提供至少下列之一：提供各种不同类型的薄膜的理想去除速率；提供晶片内非均匀性(“WIW NU％”)的理想低水平；导致CMP加工之后抛光晶片上存在低残留水平；和在各种薄膜间提供理想的选择性。

在一种实施方式中，本发明涉及一种组合物，包含：

a)选自氰脲酸酯、异氰脲酸酯和草酸或其盐的化合物；

b)研磨剂；和

c)氧化剂。

氰脲酸酯化合物可以是异氰脲酸酯。

在再另一种实施方式中，本发明涉及一种用于对在其上具有至少一个包含阻挡层材料的结构元件(feature)的表面进行化学机械平面化的方法，所述方法包括以下步骤：

A)使包括在其上具有至少一个包含阻挡层材料的结构元件的表面的衬底接触抛光垫；