[發(fā)明專(zhuān)利]一種基板的銅互連鈷阻擋層

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110774652.0
• 申請(qǐng)日: 2020-07-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113278366B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張力飛;王同慶;路新春
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué);華海清科股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C09G1/02
• 分類(lèi)號(hào): C09G1/02;B24B37/04;H01L21/768;H01L23/522
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本發(fā)明公開(kāi)了一種基板的銅互連鈷阻擋層，其通過(guò)包括以下步驟的化學(xué)機(jī)械拋光方法拋光：a.配置化學(xué)機(jī)械拋光液，其中，所述化學(xué)機(jī)械拋光液含有1～10％的膠體二氧化硅、1?20mM/L的過(guò)硫酸鉀、1?20mM/L的苯并三氮唑以及余量的水和pH調(diào)節(jié)劑，使得所述拋光液pH值為10?11；b.以100?300mL/min的流量向化學(xué)機(jī)械拋光墊散布拋光液并對(duì)承載頭施加1?2psi的壓力，對(duì)基板的銅互連鈷阻擋層結(jié)構(gòu)進(jìn)行60?120s的化學(xué)機(jī)械拋光作業(yè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基板的銅互連鈷阻擋層。

本案是申請(qǐng)?zhí)枮?020106860098的專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

背景技術(shù)

集成電路制造需要通過(guò)縮小特征尺寸、創(chuàng)新組裝方法以及引入新材料等來(lái)滿(mǎn)足性能和功能的高要求。鈷元素被認(rèn)為是一種在銅互連結(jié)構(gòu)應(yīng)用中最有希望的擴(kuò)散阻擋層材料。與傳統(tǒng)的可能引起嚴(yán)重的銅沉積問(wèn)題的Ta/TaN雙層相比，鈷阻擋層展現(xiàn)出了較低的電阻率、共形粘附特性、直接電鍍銅的能力、以及優(yōu)異的填隙屬性。鈷與銅的結(jié)合需要結(jié)合諸如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)、后清洗等多種濕法工藝處理。因此不僅需要全面研究探索銅互連結(jié)構(gòu)，并且還需要研究探索鈷擴(kuò)散阻擋層。在雙大馬士革成形的CMP工藝中，使用銅拋光液快速以高去除率移除剩余的銅，隨后對(duì)殘留的銅和鈷阻擋層進(jìn)行平坦化，從而獲得適當(dāng)?shù)牟牧先コx擇比(MRR)以盡可能減少?lài)?yán)重的銅碟形缺陷。此外，由于銅與鈷的標(biāo)準(zhǔn)平衡電位之間的差異，鈷可能在遇到某些拋光液成分后產(chǎn)生電學(xué)腐蝕。

銅和鈷的CMP工藝面臨化學(xué)腐蝕、電學(xué)腐蝕以及材料去除選擇比這三個(gè)問(wèn)題的挑戰(zhàn)。在開(kāi)發(fā)鈷CMP工藝以前，大多數(shù)拋光液和拋光方法是為了銅互連結(jié)構(gòu)研發(fā)的，因此強(qiáng)調(diào)較高的去除率而不考慮去除選擇比，從而導(dǎo)致現(xiàn)有的拋光液和拋光方法難以適應(yīng)鈷阻擋層的需求。

一般而言，用于鈷阻擋層的拋光液中含有過(guò)氧化氫作為氧化物，羧酸或者氨基酸作為絡(luò)合劑，腐蝕抑制劑，以及磨料。Nishizawa等人研究了不同濃度的過(guò)氧化氫在不同pH下對(duì)銅和鈷的去除選擇比和靜態(tài)刻蝕率的影響。他們的研究結(jié)果顯示，由于銅和鈷阻擋層的表面形成有鈍化層，所述的去除選擇比和靜態(tài)刻蝕率都被抑制住了。然而，基于過(guò)氧化氫的拋光液所面臨的問(wèn)題是如何實(shí)現(xiàn)合適的去除選擇比以及短貯存期而不因過(guò)早分解導(dǎo)致運(yùn)輸問(wèn)題及CMP性能問(wèn)題。

鑒于CMP作業(yè)在薄膜的形成和移除中需要反復(fù)進(jìn)行，可能會(huì)氧化、鈍化表面膜層的氧化物會(huì)成為第一基礎(chǔ)要素。諸如過(guò)氯酸鉀、次氯酸鈉、過(guò)硼酸鈉、硝酸鈰銨等很多氧化物都被研究過(guò)，但鮮有成果可以確定某種特定的氧化物結(jié)合具體的拋光作業(yè)適用于具有鈷阻擋層的銅互連結(jié)構(gòu)的制程。

發(fā)明內(nèi)容

拋光液成分的選擇優(yōu)化需要包容性理解CMP作業(yè)期間的去除機(jī)制并且結(jié)合特定的拋光作業(yè)方法，因此，拋光液中的每種化學(xué)成分的具體作用應(yīng)當(dāng)結(jié)合制程參數(shù)進(jìn)行闡釋。

為了在一定程度上解決上述問(wèn)題的一部分，本發(fā)明提供了一種化學(xué)機(jī)械拋光方法，用于銅互連鈷阻擋層，該方法包括以下步驟：

a.配置本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光液；

b.以100-300mL/min的流量向化學(xué)機(jī)械拋光墊散布拋光液并對(duì)承載頭施加1-2psi的壓力，對(duì)基板的銅互連鈷阻擋層結(jié)構(gòu)進(jìn)行60-120s的化學(xué)機(jī)械拋光作業(yè)。

優(yōu)選的，所述化學(xué)機(jī)械拋光作業(yè)是在溫度15-30℃條件下進(jìn)行的。

優(yōu)選的，用于進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光的拋光頭的轉(zhuǎn)速控制為85rpm～89rpm。

優(yōu)選的，用于進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光的拋光盤(pán)的轉(zhuǎn)速控制為91rpm～95rpm。

優(yōu)選的，所述拋光頭的轉(zhuǎn)速控制為87rpm，并且所述拋光盤(pán)的轉(zhuǎn)速為93rpm。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，還提供了一種化學(xué)機(jī)械拋光液，所述化學(xué)機(jī)械拋光液含有磨料、過(guò)硫酸鹽、腐蝕抑制劑，以及水和pH調(diào)節(jié)劑，使得所述拋光液pH值為10-11。