[发明专利]化学机械抛光(CMP)组合物

说明书

一种化学机械抛光(CMP)组合物(Q)，其包含：(A)胶态或烟雾状无机颗粒(A)或其混合物，其总量以相应CMP组合物的总重量计为0.0001重量％至2.5重量％；(B)至少一种氨基酸，其总量以相应CMP组合物的总重量计为0.2重量％至1重量％；(C)至少一种腐蚀抑制剂，其总量以相应CMP组合物的总重量计为0.001重量％至0.02重量％；(D)过氧化氢作为氧化剂，其总量以相应CMP组合物的总量计为0.0001重量％至2重量％；(E)含水介质；其中CMP组合物(Q)的pH在6至9.5范围内。

本发明基本上涉及一种化学机械抛光(CMP)组合物和其用于抛光半导体工业的包含钴或钴和铜和/或钴合金的基底的用途。根据本发明的CMP组合物包含无机颗粒、至少一种氨基酸、至少一种腐蚀抑制剂、过氧化氢和含水介质。CMP组合物展示改进且可调节的抛光性能。

在半导体工业中，化学机械抛光(简写为CMP)为用于制造先进的光学、微电子机械和微电子材料和装置，例如半导体晶片的熟知技术。

在制造用于半导体工业的材料和装置的过程中，CMP用于使金属和/或氧化物表面平坦化。CMP利用化学与机械作用的相互作用实现待抛光表面的平坦化。化学作用由也称作CMP组合物或CMP浆料的化学组合物提供。机械作用通常由典型地压在待抛光表面上且安放在移动压板上的抛光垫进行。压板的移动通常为线性、旋转或轨道式。

在典型CMP工艺步骤中，旋转晶片夹持具使待抛光晶片与抛光垫接触。一般将CMP组合物应用于待抛光晶片和抛光垫之间。

随着在超大规模集成电路(ULSI)技术中特征尺寸连续缩减，铜互连结构的尺寸变得愈来愈小。为减少RC延迟，铜互连结构中的障壁或粘合层的厚度变得更薄。传统铜障壁/粘合层堆栈Ta/TaN不再适合，因为Ta的电阻率相对较高且铜不能直接电镀至Ta上。相比于Ta，钴具有更低电阻率且更便宜。Cu与Co之间的粘合为良好的。Cu可易于成核于Co上，铜也可直接电镀于钴上。

在集成电路中，Co用作铜互连件的粘合或障壁层，同时Co也可用作内存装置中的纳米晶Co和用作MOSFET中的金属闸极。

多孔低k介电材料已用于当前互连结构中。据报导，低k材料可易于受等离子体或抛光浆料损坏。在当前化学机械抛光处理中，为减少对低k介电质的损坏，当前大多数用于铜和障壁的浆料为酸性。但观测到铜和钴易于遭受溶解于含有氧化剂(例如过氧化氢)的酸性溶液中。这使铜和钴的抛光速率过高，使得其将诱发铜线的凹陷。另外，铜互连结构的侧壁上的钴粘合层的溶解可导致铜线分层且引起安全性问题。

取决于超大规模集成电路(ULSI)技术中的所用整合方案，Co、Cu和低k介电材料以不同量和层厚度共存就选择性、腐蚀、移除速率和表面质量方面向用于半导体装置制造的化学机械抛光的组合物提出多个挑战。

在现有技术中，包含无机颗粒、至少一种氨基酸、至少一种腐蚀抑制剂、过氧化氢和水的CMP组合物和其用于抛光半导体工业的包含钴和/或铜的基底的用途已知且描述于例如以下参考文献中。

J.Electrochem.Soc.2012,第159卷,第6期,第H582-H588页公开具有5重量％研磨剂、1重量％H₂O₂作为氧化剂和0.5重量％精氨酸作为络合剂的基于胶态二氧化硅的浆料用于抛光钴(Co)，在pH为10下在较好抛光后表面质量和无凹点形成方面具有优越性能。添加5mM BTA至此浆料，抑制Cu溶解速率且产生约1.2的Co/Cu移除速率比。

自2014年2月13日始于在线可得到的微电子工程待刊文章中公开在弱碱性浆料中H₂O₂和甘氨酸对钴CMP的协同作用。