[發明專利]用于化學機械拋光漿料應用的聚合物-二氧化硅分散劑的穩定化

無效

• 申請號: 200880008580.1
• 申請日: 2008-01-31
• 公開（公告）號: CN101636465A
• 公開（公告）日: 2010-01-27
• 發明（設計）人: 卡爾·E·博格斯;杰弗里·賈爾斯;邁克爾·S·達西羅;梅利莎·A·彼特魯斯卡;彼得·弗熱施卡
• 申請（專利權）人: 高級技術材料公司
• 主分類號: C09K3/14
• 分類號: C09K3/14
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 劉 慧;楊 青

技術領域

本發明涉及用于拋光具有金屬圖案(例如，銅互連體、銅電極、或其它組件金屬化)的半導體基板的化學機械拋光組合物及方法，該半導體基板可包括障壁層材料作為其上的結構的一部分。

背景技術

銅在半導體制造中被使用作為在晶圓基板上的半導體裝置結構組件(例如，布線、電極、焊墊(bond?pad)、導電信道、接點、場射極基極層等等)的構造材料，且其由于相對于鋁及鋁合金具有較高的傳導性及增加的電遷移(electromigration)阻力而快速地成為半導體制造中的首選互連金屬。

典型上，在半導體制造中并入銅的方法流程包括鑲嵌(damascene)方法，其中在介電材料中蝕刻出特征(features)，使用毯覆金屬化填補，且移除表面金屬化以隔離特征。在雙鑲嵌方法中，使用單一填補于形成插塞及線路兩者。由于銅有擴散入介電材料中的傾向，其會導致金屬線路間的漏電及遷移至晶體管結構中，因而通常使用障壁層/襯墊層(諸如Ta和/或TaN)來密封銅互連體。在沉積障壁層材料后，經由物理或化學氣相沉積將薄的銅晶種層沉積于襯墊材料上，隨后再電沉積銅以填補特征。

由于沉積銅以填補經蝕刻的特征，因而在層表面上產生具有高起及凹下區域的高度差異或表面形貌。隨后必需將過多的沉積銅及高起區域中的障壁材料移除，以使電路的個別特征電隔離，且賦予其可適應半導體成品制造中的隨后過程步驟的適當形態，且使其在其所存在的微電路中令人滿意地操作。平坦化典型上涉及使用經調配供此用途用的CMP組合物的化學機械拋光(CMP)。

化學機械拋光或平坦化是一種從半導體晶圓的表面移除材料，且借助結合物理過程(諸如磨蝕)與化學過程(諸如氧化或鉗合作用)而將表面拋光(平坦化)的過程。在其最基本的形式中，CMP包括將漿料(特別是研磨劑與活性化學物質的溶液)施用至晶圓表面或拋光半導體晶圓表面結構上的不同材料的拋光墊，以同時實現不期望材料的移除及晶圓表面的平坦化。并不希望移除或拋光過程純粹為物理性或純粹為化學性，而是兩者的增效組合為優選，以實現快速、均勻的移除及平坦的構造材料表面。

由于銅與障壁層(例如，Ta和/或TaN)間的化學反應性的差異，因而在銅CMP過程中通常使用兩種化學性及機械性不同的漿料。使用銅移除漿料以快速地平坦化表面形貌及均勻地移除銅，其中銅移除拋光終止于障壁層。銅移除過程(及漿料)通常可再細分為塊狀銅移除過程及軟著陸(soft?landing)過程。視需求而定，塊狀銅移除過程及軟著陸過程可能需要使用兩種不同的漿料或相同的漿料。典型上，銅移除CMP拋光步驟期間的銅移除速率對障壁層移除速率的比大于100∶1。障壁移除漿料以高移除速率移除障壁層材料，且終止于介電層中或介電層處，或者終止在經施加以保護介電質的覆蓋層中或覆蓋層處。典型上，障壁移除過程期間的障壁層移除速率對銅移除速率的比基于整體需求進行選擇。

本發明人先前發現在包含氧化鋁的CMP漿料中納入含有可產生氫鍵合的官能團的流變劑可改變漿料的流體動力，及因此改良CMP過程的材料選擇性，同時仍維持高度的銅平坦化、效率、及良好均勻度。不幸地是，在包含二氧化硅的CMP漿料中并入該流變劑會使二氧化硅絮凝或對漿料的流變性沒有影響。

為此，本發明的目的是提供一種適用于金屬(例如，銅或含銅材料)移除和/或軟著陸過程的CMP漿料，該CMP漿料包含使二氧化硅研磨劑的絮凝減至最小的聚合物添加劑，因此提供增加的平坦化效率，提高對障壁/襯墊層的選擇性，降低總體淺碟化(dishing)且降低淺碟化的速率。

發明內容

本發明涉及用于拋光其上具有金屬及障壁層材料的微電子器件基板的化學機械拋光(CMP)組合物及方法。具體而言，本發明涉及一種CMP漿料組合物，其包含使該CMP漿料中的二氧化硅研磨劑的絮凝減至最小的添加劑。

在一方面中，本發明涉及一種具有經提高的銅薄膜平坦化效率的銅移除CMP漿料組合物，其包含至少一種研磨劑、至少一種溶劑、至少一種鈍化劑及至少一種抗絮凝劑。該至少一種抗絮凝劑優選是選自以下的聚合物添加劑：聚乙烯基吡咯烷酮、含N-乙烯基吡咯烷酮單體的聚合物及其組合。

在另一方面中，本發明涉及一種具有經提高的銅薄膜平坦化效率的銅移除CMP漿料組合物，其包含至少一種研磨劑、至少一種溶劑、至少一種鈍化劑、至少一種螯合劑、至少一種流變劑、至少一種緩沖劑、及至少一種聚合物添加劑。該至少一種聚合物添加劑優選選自：聚乙烯基吡咯烷酮、含N-乙烯基吡咯烷酮單體的聚合物及其組合。