[发明专利]金化学机械抛光组合物及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种化学机械抛光组合物及一种使用该组合物抛光基板的 含金表面的方法。

背景技术

用于化学机械抛光(CMP)基板表面的组合物及方法在本领域中是公知 的。抛光组合物(也称为抛光浆料)通常含有在含水载体中的研磨材料。通过 使基板表面与抛光垫接触并相对该表面移动该抛光垫，同时将CMP浆料保 持在该抛光垫与该表面之间，从而对该基板表面进行研磨以抛光该表面。典 型的研磨材料包括二氧化硅、二氧化铈、氧化铝、氧化锆及氧化锡。例如， 美国专利No.5527423描述了一种通过将表面与抛光浆料接触而对金属层进 行化学机械抛光的方法，其中，该抛光浆料包含在含水介质中的高纯度金属 氧化物细颗粒。或者，可将研磨材料结合到抛光垫中。美国专利No.5489233 公开了具有表面纹理或图案的抛光垫的用途，且美国专利No.5958794公开 了一种固定研磨剂抛光垫。

在对半导体晶片进行平坦化方面，常规的抛光系统及抛光方法通常不能 完全令人满意。具体地说，抛光组合物及抛光垫可具有低于期望值的抛光速 率，且其在半导体表面的化学机械抛光中的使用可导致差的表面品质。

创立用于半导体晶片的有效抛光系统的困难源于半导体晶片的复杂性。 给定的CMP组合物的性能通常根据被抛光表面的组成(例如，金属类型、半 导体类型等)而变化。半导体晶片通常由基板构成，在该基板上已经形成多 个器件。通过对基板中的区域及基板上的层进行图案化，将集成电路化学地 及物理地接入该基板。为了制造可操作的半导体晶片且使晶片的良率、性能 及可靠性最大化，需要抛光晶片的选择表面，且对下面的结构或形貌无不利 影响。实际上，如果未在经充分平坦化的晶片表面上进行这些工艺步骤，则 在半导体制造中可出现各种问题。由于半导体晶片的性能直接与其表面的平 坦性相关，因而，使用导致高的抛光效率、均匀性及移除速率并保留具有最 低表面缺陷的高品质抛光的抛光组合物及方法是至关重要的。

已将各种金属及金属合金用于形成各互连层及器件间的电连接，所述金 属及金属合金包括钛、氮化钛、铝-铜、铝-硅铜、钨、铂、铂-钨、铂-锡、 钌、金及其组合。金所存在的特定挑战在于：其具有耐化学性，从而使其难 于通过化学机械抛光而有效地移除。

用于蚀刻及处理金表面的CMP组合物通常包括具有高毒性的络合剂(例 如，氰化物)、产生有毒物质的化合物(例如，产生硫化氢的硫代硫酸盐)、或 强烈着色的氧化剂(例如，可干扰光学CMP终点检测器的I₂/KI)。

因此，越来越多地需要在抛光及平坦化含金基板期间呈现出期望的平坦 化效率、均匀性、及移除速率且无需使用具有高毒性或高度着色的氧化剂的 CMP组合物及抛光方法。

本发明提供这样的组合物及方法。本发明的这些以及其他优点、以及另 外的发明特征自本文中所提供的本发明的描述可变得明晰。

发明内容

本发明提供一种可有效移除金且无需使用含氰化物的试剂的经改良的 不含氰化物的CMP抛光组合物。本发明的化学机械抛光(CMP)组合物包含 研磨剂、金氧化剂、不含氰化物的金增溶剂及含水载体。有利地，本发明的 CMP组合物无色或颜色相对浅且其不含氰化物。

金氧化剂优选为过硫酸盐、卤氧化合物与卤化物盐的反应性掺合物、或 其组合。特别优选的过硫酸盐为过硫酸铵。卤氧化合物与卤化物盐的特别优 选的反应性掺合物为碘酸盐化合物与碘化物盐的混合物。

在某些优选实施方式中，增溶剂包括膦酸螯合剂(例如，氨基-三(亚甲基 膦酸)或羟基亚乙基-1，1-二膦酸)。

在其中金氧化剂为卤氧化合物与卤化物盐的反应性掺合物的实施方式 中，该掺合物也作为CMP期间所形成的不含氰化物的金增溶剂物质。若需 要，除包含卤氧化合物与卤化物盐的掺合物外，这种CMP组合物还可包含 单独的增溶剂(例如膦酸螯合剂)；然而，不需要额外的增溶剂。优选地，卤 氧化合物和卤化物盐刚好在使CMP组合物与待抛光基板接触之前与CMP 组合物的其他组分组合在一起，或者卤氧化合物和卤化物盐恰好在基板表面 上与CMP组合物的其他组分掺合。在该条件下，迅速形成游离的卤素，且 该游离的卤素可与基板中的金立即反应，从而避免游离卤素的累积并避免当 将卤氧化合物与卤化物盐在使用前掺合相对长的时间时可发生的潜在的储 存问题。