[发明专利]用于金属的化学机械抛光的浆料组合物以及使用其的抛光方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造集成电路器件(集成电路装置)的组 合物以及使用该组合物来制造集成电路器件的方法。更具体地，本 发明涉及一种通过化学机械抛光(CMP)来平坦化集成电路基板上 的金属层的方法以及组合物。

背景技术

典型地，用于电子装置的半导体芯片的晶体管经由形成于介电 层内的互连沟槽的图案而彼此连接。图案配置通常具有镶嵌结构或 双重镶嵌结构。阻挡层覆盖该经图案化的介电层，并且金属层覆盖 该阻挡层。金属层至少具有足够的厚度以用金属填充该经图案化的 沟槽从而形成电路互连。

互连沟槽必须具有足够高的密度和复杂度以制造包括其间距 (间隔)为0.25微米以下的晶体管的器件。因此，需要化学机械抛 光(CMP)来有效和高效的使用晶体管。典型的金属互连CMP需 要多个抛光步骤。例如，进行第一步骤从而以初始高速率(＞5,000 埃/分钟)基本上除去过量的金属互连，诸如铜互连；然后进行第二 步骤从而使用精细分割的研磨剂除去留在该金属互连外侧的阻挡 层上的金属部分，并且使金属互连的表面平坦度最大化。随后从下 方介电层抛光除去阻挡层，以在埋置在镶嵌结构或双重镶嵌结构和 介电层中的金属互连上提供平坦的抛光表面。

沟槽内的金属起形成互连电路的金属线的作用。金属CMP倾 向于不仅除去在用互连金属填充的沟槽的图案外侧存在的金属，而 且还除去在沟槽内存在的互连金属。从沟槽除去金属造成所谓的 “凹陷”现象。凹陷是一种不利的现象，这是因为其造成金属电路 的临界尺寸的变化。当金属去除速率高时，通常可以发生严重的凹 陷。用呈现出非普列斯东行为(non-Prestonian behavior)的抛光浆 料来处理金属被认为是一种用于使凹陷最小化并获得高的平坦化 程度的方法。

早期的铜CMP浆料呈现出线性普列斯东行为(Prestonian behavior)(F.W.Preston.J.Soc.Glass Tech.11，214(1927))。例如， 铜的去除速率是施加至基板的压力和抛光速率的一阶函数。该实例 在图1的曲线图中以线◆表示(Chen et al.Thin Solid Films 498， 50-55，2006)。一些参考文献和专利公开披露了在铜CMP期间，当 铜抛光浆料呈现出在图1中以线■或▲表示的非普列斯东行为时， 可以实现高平坦化效率和低图案依赖性((a)美国专利公开第 2006/0000151号；(b)授予给H.Yano，G.等人的美国专利第6,454,819 号(2002)；(c)授予给M.Hattor等人的美国专利第6,565,767号 (2003)；(d)授予给D.J.Schroeder等人的美国专利第6,821,897 号(2004)；(e)S.Kondo et al.J.Electrochem Soc.147，3907(2000))。 即，当铜的去除速率相对于压力或抛光速率显示线性相关时，观察 到非普列斯东行为。晶圆中具有高地貌(topography)的区域暴露 于相对高的局部压力，并且因此以高速率被除去。然而，呈现出图 1所示的非普列斯东行为的CMP系统(例如，浆料)以比呈现出普 列斯东行为的浆料更低的速率抛光高地貌区域。总之，呈现出非普 列斯东行为的浆料可以加宽铜CMP的过度抛光窗从而以更有效和 更快速的方式平坦化铜。

非普列斯东行为可以通过使用利用下列聚合物的铜CMP浆料 诱导出：

●均聚物：聚丙烯酸和聚甲基丙烯酸(美国专利第6,117,775 号)；

●杂聚物：聚丙烯酸酯-聚甲基丙烯酸酯共聚物(美国专利第 6,632,259号、美国专利公开第2006/0000150和2006/0000151号)；

●聚合物混合物：聚丙烯酸和聚乙烯吡咯烷酮(美国专利公开 第2007/0176141和2006/0138086号)、聚丙烯酸和聚磺酸(美国专 利公开第2006/0191872号)；

●与聚合物的掺合物：两性离子和聚丙烯酸(美国专利公开第 2005/0189322和2007/0007248号)、季铵离子和聚丙烯酸(美国专 利公开第2006/0205219号)、苯并三唑(BTA)和均聚物(美国专 利第6,899,821和6,896,825号以及美国专利公开第2005/0095860 号)、BTA和聚丙烯酸(美国专利第6,461,230号)。

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