[发明专利]用于铜的化学机械抛光(CMP)浆液以及用于集成电路制造的方法有效

专利信息
申请号: 98120987.4 申请日: 1998-10-20
公开(公告)号: CN1223308A 公开(公告)日: 1999-07-21
发明(设计)人: D·瓦茨;R·巴加吉;S·达斯;J·法卡斯;C·丹格;M·福里曼;J·A·萨拉维亚;J·戈迈兹;L·B·库克 申请(专利权)人: 摩托罗拉公司
主分类号: C23F1/18 分类号: C23F1/18;C09G1/02
代理公司: 中国国际贸易促进委员会专利商标事务所 代理人: 任宗华
地址: 美国伊*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 用于 化学 机械抛光 cmp 浆液 以及 集成电路 制造 方法
【说明书】:

发明一般涉及半导体的制造,更具体地说,涉及一种用于抛光在集成电路(ICs)上的铜互连(copper interconnects)的一种浆液组合物,该组合物含有过氧化氢、柠檬酸、柠檬酸铵以及矾土磨料。

集成电路(IC)工业现在正在研究和开发可用于集成电路(ICs)中的新的金属互连材料和结构。一种有发展前途的并将在未来用于集成电路(IC)互连的金属材料是铜(Cu)。铜是集成电路工业中所希望的,因为铜具有比现在在集成电路工业中使用的铝和其它金属材料更为改进的电迁移阻力。另外,铜具有比其它通用金属材料更低的电阻率,因此集成电路设备的性能可以通过使用铜互连而得到很大提高。

然而,目前还没有可以有效地对铜材进行等离子蚀刻或湿法蚀刻以使有用的铜互连在集成电路表面上充分形成的公知技术。为了克服这一局限,铜的化学机械抛光(CMP)被建议作为最具前途的替代方法,该方法可以在集成电路上适当的形成铜互连。因此工业上目前正在研究可用于在集成电路(IC)上形成铜互连的最佳的化学机械抛光(CMP)浆液。

在本工业中公知使用H2O2或H3PO4作为浆液中的氧化剂以进行铝抛光。在本领域中也已公知使用H2O2、KIO3、Ce(NO3)4、Fe(NO3)3和K3Fe(CN)6中的一种以抛光钨材。还公知使用HNO3、HN4OH或KMnO4之一以进行铜的抛光。因此,这些化合物已经被CMP专家们广泛地进行了研究,目的是为了找到一种最佳的铜CMP工艺。然而,使用这些公知的化学药品尚未能生产出最佳的铜抛光产品。

例如,使用上述公知的化学组成进行了各种实验,其结果为下列的一种或多种:(1)清除速率差导致CMP产率不足;(2)铜材的过度点蚀和/或腐蚀导致设备性能和设备产量降低;(3)层的平面性缺陷;(4)IC电性能差;或(5)对铜和相邻氧化物材料的低选择性(“氧化物”是指“二氧化硅”并且这两个词在此可互换使用。)。

因此,工业上需要改进的CMP浆液,该浆液可用于制造铜互连而同时减少或限制一种或多种上述常见的铜CMP缺陷。此种改进的浆液应具有良好的清除速率使得CMP产率得以提高,铜材的点蚀和腐蚀减少或受限使得设备性能和产量得以提高,铜层的平面性得以提高,集成电路的电性能得以提高,和/或铜相对于氧化物的选择性改进。

图1-5以截面图示出了使用根据本发明的化学机械抛光(CMP)浆液在集成电路(IC)上形成铜互连的方法。

为简单和清楚起见在图中所示的元件没有按比例形式画出。例如,为了清楚起见而将一些元件的尺寸相对于其它元件进行了放大。另外,在认为适当的地方参考数字在图中重复标出以说明相应的或类似的元件。

一般地,本发明涉及一种用于集成电路(IC)工业中的新浆液以形成化学机械抛光(CMP)的铜互连。更具体地说,此处所指的浆液含有一种氧化剂(例如,过氧化氢H2O2)、一种柠檬酸盐(例如,柠檬酸铵或柠檬酸钾)、一种磨料浆液(例如,矾土磨料或二氧化硅磨料)以及一种平衡溶剂例如去离子水或一种醇。另外,化合物1,2,4-三唑或三唑衍生物如苯并三唑可以包含在该浆液中以改进铜抛光的平面性。

实验显示使用此种新的铜浆液其结果是提高了铜的清除速率,因此通过使用CMP加工工具可以提高产量。观察到清除速率大于5000埃/分钟。另外,实验结果显示铜材的点蚀和腐蚀减少,因此集成电路的速度提高并且集成电路的产量也比现有技术的铜浆液高。此外,当使用此处的浆液时,可以获得良好的平面性。良好的平面性导致增强的铜互连的横截面因此电性能通过减少互连电阻而提高。再者,当使用此种浆液时,在进行铜的双嵌或单嵌时,铜相对于二氧化硅的选择性高则便于抛光终止。此外,此处的CMP浆液与在集成电路(IC)工业中使用的其它浆液相比对环境更为安全可靠。

参照附图1-5可以进一步理解本发明。

图1-5所示为形成用于集成电路(IC)的铜互连的方法。图1所示为具有基体12的半导体结构10。在图1中,基体12具有一基/底区域,该区域一般为一单晶硅片。然而,也可以使用其它半导体基体如锗、砷化镓、锗硅、硅-绝缘体(SOI)基体、碳化硅基体、外延层、聚硅基体等。

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