[发明专利]包括钨侵蚀抑制剂的抛光组合物

说明书

本发明领域

本发明涉及包括一种能够侵蚀钨的化合物和至少一种钨侵蚀抑制剂的一种化学机械抛光(CMP)组合物。该化学机械抛组合物可单独使用或与用于金属层和与制造半导体相关的薄薄膜抛光的其它化学试剂和磨料并用。

现有技术的描述

集成电路由在硅基材上或硅基材内形成的数百万个活化元件构成。这些开始时相互分离的活化元件互连形成功能电路和部件。这些元件通过使用公知的多层互连件互连。互连结构通常具有第一层金属化的互连层、第二层金属化层、和某些时候第三层和随后的金属化层。层间界电质如掺杂和不掺杂二氧化硅用于电隔离硅基材或阱(well)。不同互连层之间的电连接通过使用金属化的通路进行。US4,789,648(这里作为参考引入)苗述了制备金属化层和在绝缘薄膜中的金属通路的方法。在类似方法中。金属接触用于形成在阱中形成的互连层和元件之间的电连接。金属通路和触点通常填充钨，并通常使用粘结层如氮化钛(TiN)和/或(Ti)，由此将金属层如钨金属层与SiO₂连接。

在一个半导体制造方法中，金属通路或触点通过均厚金属沉积接着进行化学机械(CMP)步骤进行。在一典型方法中，经层间电介质(ILD)至互连线路或半导体基材侵蚀出通路孔。接着通常在ILD上形成薄粘结层如氮化钛和/或钛，该粘结层直接连接于侵蚀通路孔。然后将钨薄膜均厚沉积于粘结层上和侵蚀通路孔内。继续进行沉积直至通路孔填充钨为止。最后，通过化学机械抛光(CMP)除去过量的金属形成金属通路。制造和/或ILD的CMP方法公开于US4,671,851、4,910,155和4,944,836中。

在典型的化学机械抛光方法中，将基材直接与旋转抛光垫接触。用一载重物在基材背面施加压力。在抛光期间，垫片和操作台旋转，同时在基材背面上保持向下的力。在抛光期间将磨料和化学活性溶液(通常称为“浆料”)涂于垫片上。该浆料通过与正在抛光的薄膜化学反应开始抛光过程。在硅片/垫片界面涂布浆料下通过垫片相对于基材旋转运动促进抛光过程。在硅片/垫片界面涂布浆料下通过垫片相对于基材旋转运动促进抛光过程。按此方式连续抛光直至除去绝缘体上所需的薄膜。

浆料组合物在CMP步骤中一种重要的因素。可根据选取的氧化剂、磨料和其它合适的添加剂调节浆料，以按所需的抛光速率提供有效抛光，同时将表面缺陷、庇点、侵蚀、和具有钨通路的区域内的氧化物侵蚀降至最低。此外，抛光浆料可用于提供对目前集成技术中所用的其它薄薄膜材料如钛、氮化钛等的控制抛光选择性。

CMP抛光浆料通常含磨料，如悬浮于含水氧化介质中的二氧化硅或氧化铝。例如，Yu等人的US5,244,523报道含氧化铝、过氧化氢和氢氧化钾或氢氧化铵的浆料，该浆料可用于以预期速率在很少除去底层绝缘层下除去钨。Yu等人的US5,209,816公开了包括在水介质中的高氯酸、过氧化氢和固体磨料的浆料。Cadien和Feller的US5,340,370公开了钨抛光浆料，包括约0.1M铁氰化钾、约5重量％的二氧化硅和乙酸钾。加入乙酸使pH缓冲至约3.5。

目前市购的绝大多数CMP浆料含高浓度溶解离子金属组分。结果，抛光基材因带电荷物质吸附于夹层内而被污染。这些物质可在接点和接触处迁移并改变元件的电性能，同时改变SiO₂层的介电性能。这些变化会随时间推移降低集成电路的可靠性。因此，要求将硅片仅暴露于非常低浓度可运动金属离子的高纯化学物料中。

CMP浆料组合物不断用能够侵蚀钨的化学组分配制，已试图改进抛光钨通路的速度。然而，在很多情况下所得CMP浆料组合物按这样的方式侵蚀钨：将钨溶解，而不是将表面转化为具有改进的钨光性的软化氧化表面。由于这些化学组合物，因不合适的钨侵蚀出现深陷的钨堵塞物。深陷的钨通路(其中钨表面低于周围的绝缘表面)是一个问题，因为它们可造成与元件的其它部分的电接触问题。此外，可造成因钨深陷出现的问题的事实在于：所得的非平面会使金属层进一步沉积在元件的下一层上，

钨侵蚀还会造成钨通路不合适的“锁眼”。锁眼是这样现象：孔侵蚀入钨通路的中心，随后该孔向通路的侧面迁移。该锁眼造成与深陷相同的接触和填充问题。

因此需要一种既可高速抛光又不造成不合适的钨堵塞物深陷问题。

本发明概述

本发明涉及一种能够在最低侵蚀和/或腐蚀下高速抛光钨的化学机械抛光组合物。

此外，本发明的化学机械抛光组合物能够在良好反表面均匀性下以控制速率抛光具有钨层的物质。