[發明專利]含鈷襯底的化學機械拋光(CMP)

有效

• 申請號: 201710459103.8
• 申請日: 2017-06-16
• 公開（公告）號: CN107523219B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 史曉波;J·羅斯;T·J·克洛爾;J·A·施呂特;M·格雷夫;M·L·奧尼爾
• 申請（專利權）人: 弗薩姆材料美國有限責任公司
• 主分類號: C09G1/02
• 分類號: C09G1/02;H01L21/306
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 吳亦華;徐志明

本發明提供了用于拋光鈷或含鈷襯底的化學機械拋光(CMP)組合物、方法和系統。所述CMP組合物包含α?丙氨酸、磨料顆粒、磷酸鹽或酯、腐蝕抑制劑、氧化劑和水。該鈷化學機械拋光組合物提供高的Co去除速率以及Co薄膜相對于介電薄膜例如TEOS、SixNy(其中1.0x3.0，1.33y4.0)、低k和超低k薄膜的非常高的選擇性。

相關申請的交叉引用

本專利申請要求2016年6月16日提交的美國臨時專利申請序列號62/350,844的權益。

技術領域

本發明總體涉及半導體襯底的化學機械拋光(CMP)。

背景技術

由于行業標準傾向于更小的器件特征，故對于可用于在集成電路(IC)芯片制造和集成(尤其用于16nm技術節點及以上的應用)中作為新的導電互連材料替換鎢(W)或銅(Cu)的新型金屬材料存在著持續的開發需求。鈷(Co)已被考慮并作為集成電路芯片集成中有希望的新型金屬互連材料之一進行測試。鈷互連的CMP要求以高去除速率(removal rate)拋光鈷層并提供高度的平面性而不引入腐蝕缺陷。鈷互連的拋光要求去除速率超過1000埃/分鐘這要求對于鈷是化學侵蝕性的但不引起任何腐蝕問題的漿料組合物。

令人遺憾地，用于拋光銅或鎢的現有漿料不能用于對鈷互連結構提供滿意的CMP性能。不局限于任何理論，這可能是由于鈷與現有拋光漿料是化學反應性的，從而導致鈷溶解，這又導致高的缺陷計數。

關于鈷CMP的大部分現有技術涉及拋光銅互連下面的薄的鈷屏障內襯。鈷屏障拋光的要求與鈷互連拋光顯著不同。鈷屏障拋光通常需要鈷去除速率小于500埃/分鐘

US專利申請2016108286、20130186850教導了用于鈷互連或鈷屏障層的化學機械拋光的漿料組合物。

US專利申請20130140273教導了用于Co的化學機械拋光的漿料。所述漿料按重量計包含如下組分：抑制劑0.01-2％、氧化劑0-5％、磨料0.1-10％、絡合劑0.001-10％和其余的水。通過pH值調節劑將漿料的pH值調節至3-5。抑制劑選自一種或多種包含S和N原子或者包含S或N原子的五元雜環化合物。氧化劑是選自H₂O₂、(NH₄)₂S₂O₈、KIO₄和KClO₅的一種或多種。磨料是選自SiO₂、CeO₂和Al₂O₃的一種或多種。絡合劑是選自氨基酸和檸檬酸的一種或多種。該漿料可以有效防止Co的腐蝕并在拋光過程中降低Co的拋光速率。

“Fundamental Study of Chemical-Mechanical Polishing Slurry of CobaltBarrier Metal for Next-Generation Interconnect Process,”Hideak Nishizawa等,Jpn.J.Appl.Phys.,第49卷,05FC03(2頁),2010年表明在pH 10的漿料中，鈍化層在鈷表面上形成且鈷-銅電化腐蝕最小化。