[發(fā)明專利]ULSI多層銅布線銅的低下壓力化學(xué)機(jī)械拋光的組合物

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110065350.2
• 申請(qǐng)日: 2011-03-17
• 公開（公告）號(hào): CN102181232A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 路新春;戴媛靜;劉宇宏;潘國(guó)順;雒建斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): C09G1/02
• 分類號(hào): C09G1/02;H01L21/321
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及化學(xué)機(jī)械拋光水性組合物領(lǐng)域，特別是一種ULSI多層銅布線銅的低下壓力化學(xué)機(jī)械拋光的組合物。

背景技術(shù)

集成電路由在硅基材上或硅基材內(nèi)形成的數(shù)百萬(wàn)個(gè)活化元件構(gòu)成，這些互相分離的活化元件通過(guò)互連形成功能電路和部件。一般采用金屬布線的方法進(jìn)行互連，即在蝕刻出的通路和觸點(diǎn)內(nèi)填充各種金屬和合金，包括鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鉭(Ta)、鋁(Al)、銅(Cu)、硅鋁(Si-Al)、鎢(W)或其組合。隨著半導(dǎo)體工業(yè)超大規(guī)模集成電路特征尺寸的進(jìn)一步縮小，互連線的RC延遲和電遷移性引起的可靠性問(wèn)題逐漸成為影響電路速度的關(guān)鍵所在。由于Cu具有低的電阻率和高的抗電遷移性，使其成為一種理想的內(nèi)連線材料而取代傳統(tǒng)常用的鋁布線。

Cu是氫后金屬，不易被刻蝕，因此目前國(guó)際上一般采用鑲嵌工藝進(jìn)行布線，通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)去除上層多余的銅和擴(kuò)散阻擋層。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，特征尺寸已進(jìn)入納米級(jí)，這要求微電子工藝中的近百道工序，尤其是多層布線、襯底、介質(zhì)必須進(jìn)行全局平面化。而且曝光的淺焦深對(duì)超大規(guī)模集成電路的精細(xì)化和平坦化的要求增加，傳統(tǒng)的平面化技術(shù)如選擇淀積、旋涂玻璃、低壓CVD、保護(hù)膜背腐蝕、淀積-腐蝕-淀積等技術(shù)只能提供局部平面化，平坦效果極其有限。

化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)技術(shù)對(duì)于平坦化而言，帶來(lái)了集成電路制造技術(shù)極大的變革。CMP在二十世紀(jì)八十年代由IBM公司開發(fā)，目前業(yè)已成為微電子制造業(yè)中幾乎所有步驟的核心微處理技術(shù)。CMP是顆粒的機(jī)械作用與腐蝕劑的化學(xué)作用相結(jié)合的拋光技術(shù)，其原理是工件在壓力及拋光組合物(含有磨粒、腐蝕劑等)的存在下相對(duì)于拋光墊作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，利用磨粒磨削及化學(xué)組分腐蝕作用實(shí)現(xiàn)對(duì)工件表面材料的去除從而達(dá)到平坦化的效果。CMP的性能由CMP裝置的操作條件、拋光組合物的類型和拋光墊的類型等因素決定。

拋光組合物在CMP步驟中是一種重要的影響因素。可根據(jù)選取的氧化劑、磨料和其它適合的添加劑來(lái)調(diào)節(jié)拋光組合物，以按所需的拋光速率來(lái)提供有效的拋光，同時(shí)將表面缺陷、腐蝕降至最低，并得到最佳的平面化效果。近幾年來(lái)，已有一些專利報(bào)道了集成電路多層銅布線CMP過(guò)程中所使用的拋光組合物。CN101240147A描述了以高速離心過(guò)濾去除可溶性聚合硅酸鹽后的膠體二氧化硅為拋光磨粒的用于含銅基底化學(xué)機(jī)械平坦化的組合物及相關(guān)方法，能大幅度降低銅表面的缺陷水平；英特爾(CN1256765C)采用有機(jī)緩沖體系維持局部pH值的穩(wěn)定性，顯著減少整體和局部腐蝕，減少被拋光表面的不均一性和腐蝕缺陷；CN1397994A在拋光液中引入氧化性金屬化合物，籍以在導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成一金屬化合物，此金屬化合物用以保護(hù)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)以避免碟陷與侵蝕；CN100491072C采用金屬離子螯合劑調(diào)節(jié)組合物pH值至堿性(9.5～11.5)，加入非離子表面活性劑，在拋光進(jìn)行前加入氧化劑進(jìn)行銅及異質(zhì)表面的拋光；CN101333419A采用不含拋光磨粒的堿性拋光組合物進(jìn)行銅拋光，以避免磨粒對(duì)拋光表面造成的損傷；CN101368068A將氣相二氧化硅粉末均勻溶解于去離子水中作為拋光磨粒，以無(wú)機(jī)堿或有機(jī)胺調(diào)節(jié)pH值至10～12，拋光銅后能得到最低0.4nm的表面平坦度。

隨著集成電路技術(shù)進(jìn)入到深亞微米級(jí)，由不斷縮小特征尺寸所帶來(lái)的互連性能降低已經(jīng)越來(lái)越明顯。這是因?yàn)樘卣鞒叽绲目s小將導(dǎo)致互連引線橫截面和線間距的減小，電阻、電容、電感引起的寄生效應(yīng)將會(huì)嚴(yán)重影響電路的性能。而采用低介電常數(shù)介質(zhì)材料(即低k介質(zhì)材料)則是提高互連性能的有效途徑之一。但是當(dāng)k＜2.2時(shí)，低k介質(zhì)層的機(jī)械強(qiáng)度下降，易出現(xiàn)低k薄膜脫層，所以必須開發(fā)低壓力拋光設(shè)備及拋光組合物。一般，減小下壓力會(huì)對(duì)包括拋光速率在內(nèi)的CMP總體性能產(chǎn)生不利影響。例如，采用成熟的商用銅拋光組合物進(jìn)行銅拋光，壓力為5.0Psi時(shí)拋光速率為333.3nm/min，而當(dāng)壓力減小到約0.5Psi時(shí)，拋光速率減小至101.9nm/min，相差3倍左右。因此，減小壓力拋光會(huì)嚴(yán)重的影響生產(chǎn)能力。

US6,620,037采用不添加緩蝕劑(如BTA)的拋光組合物進(jìn)行銅拋光以期提升拋光速率，然而該組合物仍需要3.0Psi或更大的下壓力以便有效的去除銅(3.0Psi時(shí)拋光速率為234.6nm/min)；美國(guó)羅門哈斯公司提出了一種用于銅的低下壓力拋光組合物和方法(CN1644644A)，適用于在至少小于3.0Psi的下壓力下拋光半導(dǎo)體晶片上的銅，其中添加的含磷化合物可增加銅的去除，實(shí)施例中1.0Psi壓力下，添加磷酸銨前后拋光去除速率分別為150.0nm/min和266.3nm/min。