[发明专利]抛光组合物及抛光钴膜的方法有效

专利信息
申请号: 201510552487.9 申请日: 2015-09-01
公开(公告)号: CN105400434B 公开(公告)日: 2019-03-29
发明(设计)人: 汪璐玲;阿布达亚·米什拉;迪帕克·马胡利卡尔;理查德·文 申请(专利权)人: 富士胶片平面解决方案有限公司
主分类号: C09G1/02 分类号: C09G1/02;H01L21/321
代理公司: 北京集佳知识产权代理有限公司 11227 代理人: 蔡胜有;董文国
地址: 美国密*** 国省代码: 美国;US
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摘要:
搜索关键词: 抛光 组合 方法
【说明书】:

本公开涉及抛光组合物及抛光钴膜的方法。本公开涉及能够抛光半导体基底中的钴(Co)膜的抛光组合物,所述基底包含包括Co、金属、金属氧化物及电介质材料的多层膜。这些抛光组合物包含磨料、起去除速率增强剂(RRE)作用的弱酸、pH调节剂及包含吡咯的腐蚀抑制剂(CI)。RRE、pH调节剂及CI的pKa在1‑18范围内(1(pKamin)<pKa<18(pKamax))。各组分的pKa值与抛光组合物/浆料(pH浆料)通过下式相关联:pKamin+6<pH浆料<pKamax‑6。抛光组合物还含有小于约100份每百万份(ppm)的硫酸根离子和小于约100ppm的卤素离子,并且工作在7至12的pH范围内。

技术领域

本公开涉及抛光组合物以及利用该组合物抛光半导体基底的方法。更具体地,本公开涉及抛光组合物、以及以各种速率和选择性抛光在半导体基底中的钴膜的方法,所述半导体基底包含多个电介质和金属膜。

背景技术

半导体工业被持续地驱动以通过工艺、材料和集成的革新来进一步使器件微型化从而提高芯片性能。早期的材料革新包括:在互连结构中引入铜来替代铝作为导电材料,以及使用钽(Ta)(粘合)/氮化钽(TaN)(阻挡)将Cu导电材料与非导电性/绝缘的电介质材料隔开。之所以选择铜(Cu)作为互连材料是因为其低的电阻率以及对电子迁移的高抗性。尽管如此,当芯片的尺寸缩小时,这些多层的Cu/阻挡层/电介质层的堆叠体必须更薄且更共形,以维持生产线后端工序(BEOL)中有效的互连电阻率。然而,Cu和Ta/TaN阻挡层方案在沉积中出现电阻率和适用性的问题。采用更小的尺寸和先进的制造节点,电阻率以指数形式恶化,从而使得晶体管电路速度的提高(生产线前端工序(FEOL)中)被来自导电性Cu/阻挡层布线(BEOL)的延迟所腰斩。钴(Co)已出现作为同时用于阻挡层和导电层的首要候选物。此外,还正在研究钴在多种应用中作为金属钨(W)的替代品,例如W金属接触、栓塞、通孔和栅极材料。

化学机械抛光/平坦化(CMP)是用于在BEOL和FEOL中抛光和平坦化金属和电介质材料的半导体制造工艺技术。例如,对于Cu CMP,导电Cu层被抛光并平坦化直至阻挡层或绝缘电介质层被露出。CMP工艺通过在抛光工具上利用抛光组合物(浆料)来实施,抛光工具把持晶片并压靠抛光垫。化学(浆料)和机械力(压力)的联合使用实现对晶片的“化学机械”抛光。CMP步骤的最终目标是实现抛光后局部及整体的平坦性以及无缺陷、无腐蚀的表面。CMP浆料/工艺的一些关键指标为:材料去除速率(MRR)、抛光后表面缺陷率及抛光后金属腐蚀/蚀刻的预防。

伴随引入钴(Co)作为阻挡层、导电层和/或W替代物,对如下的Co CMP浆料存在市场需求:能以高MRR抛光钴、并在其他金属和金属氧化物(Cu、Ti、Ta2O5、TiO2、RuO2等)以及电介质膜(SiN、氧化硅、P-Si,低k电介质材料等)的抛光率上有一定的选择性。由于Co的化学反应性比Cu及其他贵金属高,因此在先进节点的浆料设计中Co腐蚀预防是非常具有挑战性的。当前的金属抛光浆料对于抛光Co膜都是有缺陷的,因为它们在CMP工艺中会产生Co腐蚀的问题。

图1a和1b显示了例举的其中需要Co浆料的两个后端堆叠应用。每副图均显示了Co本体浆料(Co导电层)和Co阻挡浆料(Co阻挡层)。图1a中的应用使用了额外的金属氧化物层,该层在图1b的应用中不需要。

发明内容

本公开提供设计用于抛光和去除Co材料的CMP抛光组合物。这些抛光组合物显示出高的Co材料去除速率(MRR)、对于电介质材料和阻挡金属膜的良好的MRR选择性、以及优异的缺陷率和Co表面腐蚀防护。利用现有的抛光组合物,钴层出现令人失望的腐蚀。

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