[发明专利]减少抛光浆料中的大颗粒计数

说明书

本公开提供了通过在铜化学机械抛光浆料中使用高纯度的去除率增强剂(RRE)来减小该浆料中的大颗粒计数(LPCs)的方法。RRE在去离子水溶液中的导电率与RRE中LPCs的数目极大地相关，因而与使用RRE的浆料中LPCs的数目极大地相关。

技术领域

本公开涉及用于化学机械抛光的浆料中的减少的大颗粒计数。特别地，本公开涉及用于该浆料的铜去除率增强剂(通常为氨基酸或其衍生物)的纯度。

背景技术

被称为化学机械抛光或平坦化(CMP)的过程涉及使用抛光垫和浆料使半导体晶圆上的不同层平坦化，以在建立后续层之前打磨掉过量或不需要的材料层。由于铜出色的导电性，其在半导体制造中是常用的形成互连物的材料。一旦通过例如镶嵌工艺(其根据由基底上的印刷模板确定的图案来沉积铜)形成铜嵌花结构后，通过抛光和清理铜和在嵌花线之间的扩散阻挡金属来制成隔离的铜线。随着芯片线路层后端的制造，铜和阻挡层CMP涉及反复循环铜和对各层抛光的阻挡层。期望以高的材料去除率来抛光晶圆以提高处理量，同时仍保持有利的晶圆特性例如低的总缺陷数目，特别是低的总刮痕数目，所述刮痕被认为部分由浆料中不期望的外来颗粒引起。这些不期望的颗粒的存在通常由光散射技术监测以确定大颗粒计数(LPCs)，其中溶液中直径在选定阈值(例如0.5微米(μm)或1.0μm)之上的颗粒的浓度被量化。选定的尺寸阈值通常远在溶液中期望颗粒的尺寸分布的第99百分位之上，从而防止了对于浆料中贡献于LPCs的颗粒是否是不期望的或是期望的混淆。

使用铜浆料的典型铜CMP过程由2个工艺步骤组成，其在现有技术例如在美国专利第6,083,840号(Mravic，Pasqualoni，Mahulikar)中已有详细描述。首先，电镀铜上覆层在主体抛光步骤(其去除了大部分上覆层)中以相对高的磨除力被打磨掉。随后，第一步中剩余的铜上覆层以较低的磨除力被打磨掉，在阻挡层上停止。根据抛光机的类型或构造，该步骤可以与第一步结合。目标是从阻挡材料清除所有的铜，同时避免各种缺陷。即，来自铜CMP步骤的不期望的深刮痕如果足够深以致在随后的阻挡层抛光中不被去除，就可能在之后芯片制造阶段的期间内持续存在。这些类型的刮痕可能最终危及装置性能，而深刮痕背后的潜在祸首之一是存在于铜浆料中的不期望的大颗粒。因此，特别是随着装置特征在更先进的节点处持续缩小，而即使最小的刮痕也可以损害装置性能从而损害晶圆上的晶片成品率，使铜浆料中的LPCs最小化仍然是目标。由于在被最终使用者以相当大的因子例如20X稀释之前，浆料以越来越高的浓度制成(如美国专利第8,192,644号(Kim，Wen)中所述)，因而LPCs的最小化尤其重要。

CMP浆料的LPCs主要来自浆料中所使用的磨料。典型的磨料是胶体二氧化硅、气相二氧化硅、二氧化铈和氧化铝。在实践中使用过滤法去除大于一定尺寸的颗粒。现有技术涉及使用尺寸排阻过滤以从铜浆料中去除对LPCs有贡献的物理杂质。美国专利第6,749,488号(Mahulikar，Lafollette)描述了LPCs与缺陷的关系并且给出了通过过滤控制LPCs的方式。虽然磨料对LPCs的贡献已被很好地确认，但其他浆料化学品对LPCs的贡献尚未为人熟知。这些水性化学品在浆料制剂中完全溶解，因此可能对LPCs不具有显著影响。但可能有复杂的因素在起作用。某些化学品可能改变颗粒上的表面电荷，引起颗粒聚集，即使在过滤之后仍在原位产生LPCs。化学品还可能影响过滤器的润湿能力，改变过滤效率。最后，其可能影响溶解动力学，引起物质沉淀，增加LPCs。这些继发问题存在于Cu浆料制剂中。随着半导体工业需要更严格的控制限值和极低变化，这些LPCs的问题必须得以解决。