[发明专利]含有铜和钌的基材的化学机械抛光

说明书

本发明涉及一种化学机械抛光(CMP)组合物和化学机械抛光(CMP)方法。本发明特别涉及一种化学机械抛光含有铜和钌的基材，具体为含有铜和钌的半导体基材的组合物和方法。

技术领域

本发明涉及一种化学机械抛光(CMP)组合物和化学机械抛光(CMP)方法。本发明特别涉及一种化学机械抛光含有铜和钌的基材，具体为含有铜和钌的半导体基材的组合物和方法。

背景

在半导体工业中，化学机械抛光(CMP)是一种用于制造高级光子、微电子机械和微电子材料和器件，如半导体晶片的众所周知技术。

在制造半导体工业中所用材料和器件的过程中，使用CMP来使表面平坦化。CMP利用化学和机械作用的相互影响来实现待抛光表面的平整度。由也称为CMP组合物或CMP浆料的化学组合物提供化学作用。机械作用通常通过通常压于待抛光表面上并且安装在移动台板上的抛光垫进行。台板的移动通常是线性的、转动的或轨道状的。

在典型的CMP工艺步骤中，旋转晶片夹具使待抛光晶片与抛光垫接触。CMP组合物通常施加在待抛光晶片和该抛光垫之间。

钽(Ta)和氮化钽(TaN)通常用作阻挡层材料以防止由通过介电层扩散的铜引起的器件污染。然而，由于钽的高电阻率，难以将铜有效沉积于阻挡层上。近来已经将钌(Ru)确定为有前景的阻挡层材料以替代现有钽阻挡层和铜(Cu)晶种层。铜在钌中的不溶性使得钌作为阻挡层材料是有吸引力的，并且由于钌的更低电阻率，铜也可以直接沉积于钌层上。

在现有技术中，在包含表面活性剂和芳族化合物的CMP组合物存在下用于化学机械抛光包含铜和钌的基材的CMP方法是已知的并且例如描述于下列参考文献中。

U.S.6,869,336B1描述了使用低接触压力化学机械抛光以从基材除去钌的组合物，其中该组合物包含分散介质、磨料颗粒并且具有在8-12范围内的pH。

U.S.7,265,055B2描述了一种化学机械抛光包含铜、钌、钽和介电层的基材的方法。该方法使用抛光垫和包含用带负电荷聚合物或共聚物处理的α-氧化铝磨料颗粒的CMP组合物或试剂。

US 2008/0105652 A1公开了一种包含磨料、氧化剂、两亲性非离子表面活性剂、钙或镁离子、铜用缓蚀剂和水的化学机械抛光组合物，具有的pH在约6-12范围内。

US 20130005149 A1公开了一种化学机械抛光组合物，其包含(a)至少一种类型的磨料颗粒，(b)至少两种氧化剂，(c)至少一种pH调节剂和(d)去离子水，(e)任选包含至少一种抗氧化剂，以及一种使含有至少一个铜层、至少一个钌层和至少一个钽层的基材化学机械平坦化的方法。

US 6852009 B2公开了一种抛光组合物，其包含二氧化硅，至少一种选自碱金属无机盐、铵盐、哌嗪和乙二胺的碱性物质，至少一种螯合剂和水。该碱性物质用于晶片抛光以抑制金属污染和向晶片中扩散。

现有技术中公开的方法和组合物具有局限。在现有技术公开的用于化学机械抛光的方法和组合物中，金属如铜和钌的抛光产生残渣，后者可以通过简单漂洗或者通过吸附于不同表面如晶片表面或抛光垫表面而从抛光环境中除去。但是在CMP方法中这两种情况都是不希望的。此外，抛光垫上吸附或积聚的残渣可能在晶片上产生缺陷，导致不希望的额外缺陷。因此，需要改善化学机械抛光含有铜(Cu)、钽(Ta)和钌(Ru)的基材的CMP组合物和方法。

因此，本发明的目的是要提供化学机械抛光半导体工业中所用基材，特别是包含至少一个铜(Cu)层和/或至少一个钌(Ru)层的基材的改进CMP组合物和方法。

本发明的另一目的是要从晶片表面和抛光垫除去由于半导体工业中所用基材的化学机械抛光形成的垫玷污和颗粒。

概述