[發(fā)明專利]含鎢基材的化學(xué)機(jī)械平坦化

有效

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• 申請日: 2014-03-12
• 公開（公告）號: CN104046246A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 史曉波;周鴻君;B·J·盧;J·A·施呂特;J-A·T·施瓦茨
• 申請（專利權(quán)）人: 氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司
• 主分類號: C09G1/02
• 分類號: C09G1/02;H01L21/768
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 吳亦華

發(fā)明背景

本發(fā)明概括地涉及半導(dǎo)體晶片上的含鎢基材的化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)。

存在大量用于集成電路例如半導(dǎo)體晶片的制造中的材料。所述材料通常分為三類-介電材料、粘合和/或阻擋層、以及導(dǎo)電層。使用各種基材，例如，介電材料例如TEOS、等離子體增強(qiáng)的TEOS(PETEOS)以及低-k介電材料；阻擋/粘合層例如鉭、鈦、鉭氮化物和鈦氮化物；以及導(dǎo)電層例如銅、鋁、鎢和貴金屬，是工業(yè)中已知的。

集成電路通過使用熟知的多層互連進(jìn)行互連。互連結(jié)構(gòu)通常具有第一金屬化層、互連層、第二金屬化層、以及通常第三和隨后的金屬化層。層間介電材料例如二氧化硅和有時的低-k材料用于使硅基材或阱中的不同金屬化層電隔離。通過使用金屬化的通孔、特別是鎢通孔，制造不同互連層之間的電連接。U.S.專利4,789,648描述了制備多個金屬化層和絕緣膜中的金屬化通孔的方法。類似地，金屬觸點用于在互連層和在阱中形成的器件之間形成電連接。金屬通孔和觸點通常用鎢填充，并且通常使用粘合層例如氮化鈦(TiN)和/或鈦，以便將金屬層例如鎢金屬層粘合到介電材料上。

在一個半導(dǎo)體制造工藝中，金屬化的通孔或觸點通過鎢沉積層形成，隨后進(jìn)行CMP步驟。在通常工藝中，通孔被刻蝕穿過層間電介質(zhì)(ILD)至互連線或至半導(dǎo)體基材。接著，薄的粘合層例如氮化鈦和/或鈦通常在ILD上形成，并且導(dǎo)入經(jīng)刻蝕的通孔中。然后，鎢膜層狀沉積在粘合層上并且進(jìn)入通孔中。繼續(xù)沉積直到通孔充滿鎢。最后，過量的鎢通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)除去，從而形成金屬通孔。

目前，用于半導(dǎo)體基材平坦化的化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員廣為人知，并且在無數(shù)專利和開放的文獻(xiàn)出版物中進(jìn)行了描述。

在通常的CMP工藝中，放置基材(例如，晶片)以與連接到拋光盤的旋轉(zhuǎn)拋光墊接觸。CMP漿料，通常是磨料和化學(xué)活性混合物，在基材的CMP處理期間，供給至拋光墊。在CMP工藝期間，旋轉(zhuǎn)拋光墊(固定在拋光盤上)和基材，同時晶片載體系統(tǒng)或拋光頭緊靠基材施加壓力(向下的力)。由于平行于基材的拋光墊的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的作用，漿料通過與待平坦化的基材膜發(fā)生化學(xué)和機(jī)械相互作用而完成平坦化(拋光)工藝。繼續(xù)以這種方式進(jìn)行拋光，直到基材上所期望的膜被除去，通常的目標(biāo)為有效地平坦化基材。通常，金屬CMP漿料包含懸浮在氧化性的水性介質(zhì)中的研磨材料，例如二氧化硅或氧化鋁。

金屬(例如，鎢)的去除速率與介電基質(zhì)的去除速率的比率稱為在CMP處理由金屬和介電材料構(gòu)成的基材過程中去除金屬相對于去除電介質(zhì)的“選擇性”。

當(dāng)使用相對于電介質(zhì)具有去除金屬高選擇性的CMP漿料時，金屬層容易過度拋光，在金屬化區(qū)域形成凹陷或“碟化”效應(yīng)。由于半導(dǎo)體制造中的平版印刷和其它局限，這種特征變形是不可接受的。

對于半導(dǎo)體制造，其它不適合的特征變形稱為“侵蝕”。侵蝕是電介質(zhì)區(qū)域和金屬通孔或溝槽的密集陣列之間的形貌差異。在CMP中，密集陣列中的材料可以以比周圍電介質(zhì)的區(qū)域更快的速率被去除或者侵蝕。這導(dǎo)致在電介質(zhì)的該區(qū)域和密集金屬(例如，銅或鎢)陣列之間產(chǎn)生形貌差異。

隨著行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)趨向更小的器件特征，持續(xù)存在對提供優(yōu)異的IC芯片的納米結(jié)構(gòu)的平坦化的鎢CMP漿料的開發(fā)需求。具體來說，對于28納米技術(shù)節(jié)點和更高應(yīng)用，漿料產(chǎn)品必須提供可調(diào)節(jié)的去除速率和可調(diào)節(jié)的金屬和電介質(zhì)之間的選擇性，在保持足夠的去除速率的同時，減少侵蝕和碟化缺陷。

存在著對提供低的碟化和插塞式凹陷(plug?recess)效應(yīng)的鎢CMP工藝和漿料的顯著需求，特別是基于半導(dǎo)體工業(yè)持續(xù)向越來越小的特征尺寸發(fā)展的事實。本發(fā)明可以為這種的顯著需求提供解決方案。

本文所描述的鎢CMP漿料組合物可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便在提供較低的靜態(tài)刻蝕速率以在具有鎢通孔的區(qū)域使氧化物的表面瑕疵，缺陷，腐蝕，以及侵蝕最小化的同時，提供可調(diào)節(jié)的以期望的拋光速率的有效拋光，鎢相對于其它材料例如介電材料的受控的拋光選擇性。

發(fā)明簡介

本發(fā)明可用于鎢CMP，其中期望和/或要求低碟化/插塞式凹陷、在平坦化基材上的低陣列侵蝕，保持或提高鎢膜去除速率，并保持可調(diào)節(jié)的和/或高的鎢選擇性。

一方面，本發(fā)明提供了鎢化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)組合物，包含：

a）納米尺寸磨料；

b)鐵化合物涂布顆粒的固體催化劑；

c)化學(xué)添加劑，選自哌嗪衍生物，氰酸鹽，以及其組合；

d)氧化劑；以及

e)其余部分基本上是液體載體；

其中，CMP組合物的pH為約2.0至約8。