[发明专利]化学机械抛光(CMP)组合物在抛光包含钴和/或钴合金的基材中的用途

说明书

本发明涉及化学机械抛光(CMP)组合物(Q)在化学机械抛光包含(i)钴和/或(ii)钴合金的基材(S)中的用途，其中该CMP组合物(Q)包含：(A)无机颗粒，(B)具有通式(I)的三嗪衍生物，其中R¹、R²、R³、R⁴、R⁵及R⁶彼此独立地为H、甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、C₂‑C₁₀烷基羧酸、羟甲基、乙烯基或烯丙基，(C)至少一种氨基酸，(D)至少一种氧化剂，(E)含水介质，且其中该CMP组合物(Q)的pH为7至10。

本发明实质上涉及化学机械抛光(CMP)组合物在抛光包含钴和/或钴合金的半导体工业的基材中的用途，该化学机械抛光组合物包含无机颗粒、作为腐蚀抑制剂的三嗪衍生物、至少一种氨基酸、至少一种氧化剂及含水介质。本发明也涉及一种制造半导体装置的方法，其包括在该化学机械抛光(CMP)组合物存在下化学机械抛光基材或层。CMP组合物展示关于钴和/或钴合金的经改进且可调节的蚀刻行为，以及良好抛光性能。

在半导体工业中，化学机械抛光(简写为CMP)为用于制造先进的光学、微电子机械和微电子材料和装置，例如半导体晶片的熟知技术。

在制造用于半导体工业的材料和装置的过程中，CMP用于使金属和/或氧化物表面平坦化。CMP利用化学与机械作用的相互作用实现待抛光表面的平坦化。化学作用由也称作CMP组合物或CMP浆料的化学组合物提供。机械作用通常由典型地压在待抛光表面上且安放在移动压板上的抛光垫进行。压板的移动通常为线性、旋转或轨道式。

在典型CMP工艺步骤中，旋转晶片夹持具使待抛光晶片与抛光垫接触。一般将CMP组合物应用于待抛光晶片和抛光垫之间。

随着在超大规模集成电路(ULSI)技术中特征尺寸连续缩减，铜互连结构的尺寸变得愈来愈小。为减少RC延迟，铜互连结构中的障壁或粘合层的厚度变得更薄。传统铜障壁/粘合层堆栈Ta/TaN不再适合，因为Ta的电阻率相对较高且铜不能直接电镀至Ta上。相比于Ta，钴具有更低电阻率且更便宜。Cu与Co之间的粘合为良好的。Cu可易于成核于Co上，铜也可直接电镀于钴上。

在集成电路中，Co用作铜互连件的粘合或障壁层，同时Co也可用作内存装置中的纳米晶Co和用作MOSFET中的金属闸极。

多孔低k介电材料已用于当前互连结构中。据报导，低k材料可易于受等离子体或抛光浆料损坏。在当前化学机械抛光处理中，为减少对低k介电质的损坏，当前大多数用于铜和障壁的浆料为酸性。但观测到铜和钴易于遭受溶解于含有氧化剂(例如过氧化氢)的酸性溶液中。这使铜和钴的抛光速率过高，使得其将诱发铜线的凹陷。另外，铜互连结构的侧壁上的钴粘合层的溶解可导致铜线分层且引起安全性问题。

取决于超大规模集成电路(ULSI)技术中的所用整合方案，Co、Cu和低k介电材料以不同量和层厚度共存就选择性、腐蚀、移除速率和表面质量方面向用于半导体装置制造的化学机械抛光的组合物提出多个挑战。

在现有技术中，用于抛光半导体工业的基材的包含无机颗粒、三嗪衍生物、氨基酸、氧化剂及含水介质的CMP组合物为已知的，且描述于例如以下参考文献中。

US 20020005017 A1公开具有足够高的初始移除速率的含水CMP分散体且其特别适用于研磨铜膜，且可形成具有高精度的令人满意的加工面。含水CMP分散体含有研磨剂、有机化合物及水。

US 6527622 B1公开研磨基材的方法，其包括(i)使含有贵金属的基材与含有以下的化学机械研磨体系接触：(a)研磨剂和/或研磨垫；(b)液体载体；及(c)一或多种研磨添加剂，其选自二酮、二酮盐、脲化合物、杂环含氮化合物、杂环含氧化合物、杂环含磷化合物、可为两性离子化合物的含氮化合物、其盐及其组合，其中该化学机械研磨体系的pH为约2至约12。