[發(fā)明專利]一種使用釕阻擋層的金屬互連線路的化學(xué)機(jī)械拋光方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811068429.9
• 申請(qǐng)日: 2018-09-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109300783A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程潔;王同慶;謝李樂(lè);路新春
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L21/306
• 分類號(hào): H01L21/306
• 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: 趙天月

本發(fā)明公開(kāi)了圖形片晶圓的拋光方法和適于對(duì)圖形片晶圓中釕阻擋層進(jìn)行拋光的拋光液。其中，拋光方法包括：(1)利用第一拋光液對(duì)所述金屬層依次進(jìn)行第一拋光處理和第二拋光處理；(2)利用第二拋光液對(duì)所述釕阻擋層進(jìn)行第三拋光處理，得到拋光后圖形片晶圓。該拋光方法適于對(duì)具有釕阻擋層互連結(jié)構(gòu)的圖形片晶圓進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，實(shí)現(xiàn)晶圓中金屬層、釕阻擋層和介質(zhì)層中不同材料的選擇性去除，獲得良好的拋光后表面與界面質(zhì)量，拋光后晶圓具有較高的全局和局部平坦化以及較低的表面缺陷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及化學(xué)機(jī)械拋光領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及圖形片晶圓的拋光方法和適于對(duì)晶圓中釕阻擋層進(jìn)行拋光的拋光液。

背景技術(shù)

當(dāng)集成電路的技術(shù)節(jié)點(diǎn)不斷推進(jìn)，應(yīng)用銅(Cu)和低k介質(zhì)的后段制程遇到兩個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題：如何降低阻擋層的厚度；如何實(shí)現(xiàn)Cu的無(wú)缺陷溝槽填充。傳統(tǒng)的鉭/氮化鉭(Ta/TaN)阻擋層能夠有效阻擋Cu和介質(zhì)材料之間的相互擴(kuò)散，然而Ta/TaN阻擋層的最小厚度約為30nm，這使其在更精細(xì)的溝槽結(jié)構(gòu)中難以繼續(xù)應(yīng)用。因此，需要使用全新的阻擋層材料來(lái)實(shí)現(xiàn)Cu在其上的無(wú)籽晶Cu電鍍，也就是所謂的“籽晶增強(qiáng)層”。鈷(Co)和釕(Ru)是亞10nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)最有應(yīng)用前景的新型阻擋層材料。對(duì)于Co來(lái)講，Cu在其上的直接電鍍工藝有待進(jìn)一步驗(yàn)證。同時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)的酸性硫酸鹽電鍍液中，Cu在特殊條件下才能在Co阻擋層上成核。在化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)和CMP后濕法清洗過(guò)程中，Co由于比較高的化學(xué)反應(yīng)活性也會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的腐蝕問(wèn)題。

Ru是一種很好的阻擋層材料，可以實(shí)現(xiàn)Cu在其表面的直接電鍍。使用超薄的Ru阻擋層可以使Cu具有優(yōu)良的臺(tái)階覆蓋特性、潤(rùn)濕特性和更低的互連線路電阻。然而，目前制備工藝?yán)铮琑u作為阻擋層材料單獨(dú)使用還不夠完美，因?yàn)槌〉腞u阻擋層會(huì)在高溫退火下失效。除此之外，Ru與襯底材料(如介質(zhì)、硅)的粘附特性有待進(jìn)一步提高。因此，一種Ru/Ta/TaN多層阻擋層結(jié)構(gòu)被用于后段制程，通過(guò)這種方法可以實(shí)現(xiàn)更好的擴(kuò)散阻擋特性、熱穩(wěn)定性和直接Cu電鍍性能。

然而，對(duì)于含釕阻擋層的CMP過(guò)程仍有待進(jìn)一步改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是基于發(fā)明人對(duì)以下事實(shí)和問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)而提出的：

發(fā)明人在對(duì)釕阻擋層、采用釕阻擋層的圖形片晶圓CMP方法的研究中發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的關(guān)于Ru的CMP過(guò)程報(bào)道大多使用的是Ru非圖形片晶圓，即不存在嵌入的金屬層/阻擋層/介質(zhì)層互連結(jié)構(gòu)，僅僅對(duì)Ru單一材料(如靶材、薄膜)的CMP機(jī)理及工藝進(jìn)行研究。如專利CN106118492A公開(kāi)了適用于Ru阻擋層的堿性拋光液及其制備方法，改善了Ru和Cu的去除選擇比及拋光后表面質(zhì)量，并未提供具有互連結(jié)構(gòu)圖形片晶圓的拋光結(jié)果。專利CN101205442A公開(kāi)了阻擋層拋光漿料的研究成果，通過(guò)調(diào)控拋光液配方，調(diào)節(jié)不同材料的拋光速率，實(shí)現(xiàn)Ru、有色金屬和電介質(zhì)材料的選擇性去除。

然而，發(fā)明人在實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，具有金屬層/阻擋層/介質(zhì)層互連結(jié)構(gòu)的圖形片晶圓和單一的Ru材料在實(shí)際CMP過(guò)程中存在巨大差異。圖形片晶圓的圖形幾何尺寸(如線寬、間距、密度、排布方式等)對(duì)CMP結(jié)果有顯著影響，適用于對(duì)Ru單一材料進(jìn)行拋光的CMP工藝并不能簡(jiǎn)單地套用在圖形片晶圓中。除此之外，不規(guī)則形狀的(例如方形)Ru阻擋層圖形片晶圓的拋光相對(duì)于規(guī)則的圓形晶圓更為困難，不規(guī)則圖形片晶圓的拋光工藝研究成果鮮有報(bào)導(dǎo)，并且市場(chǎng)上沒(méi)有適用于圖形片晶圓中Ru阻擋層的商用拋光液。

鑒于此，本發(fā)明提出圖形片晶圓的拋光方法和適于對(duì)圖形片晶圓中釕阻擋層進(jìn)行拋光的拋光液。該拋光方法適于對(duì)具有釕阻擋層互連結(jié)構(gòu)的圖形片晶圓進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，實(shí)現(xiàn)晶圓中金屬層、釕阻擋層和介質(zhì)層中不同材料的選擇性去除，獲得良好的拋光后表面與界面質(zhì)量，拋光后晶圓具有較高的全局和局部平坦化以及較低的表面缺陷。