[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)作为腐蚀抑制剂的具有至少一个羧酸官能团的经取代芳族化合物，(C)至少一种氨基酸，(D)至少一种氧化剂，(E)含水介质，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、作为腐蚀抑制剂的具有至少一个羧酸官能团的经取代芳族化合物、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，包含无机颗粒、羧酸衍生物、氧化剂及含水介质的CMP组合物在抛光包含钴的半导体工业的基材中的用途为已知的，且描述于例如以下参考文献中。

JP 2013042123公开一种含有钴元素的用于抛光层的研磨剂，该研磨剂含有羧酸衍生物，其包括至少一种选自如下的化合物：邻苯二甲酸化合物、间苯二甲酸化合物、烷基二羧酸化合物、其盐及酸酐、防腐蚀且防水的金属；且该研磨剂的pH为4.0或更小。提供一种针对钴层在腐蚀抑制性能方面优异同时相对于钴层维持适合抛光速度的研磨剂，及一种用于抛光基材的方法。

JP 2014229827公开一种用于化学机械抛光的含水分散体，其含有：(A)研磨粒；(B)有机酸，其具有含有π个电子的4个或更多个碳原子、一个或多个羧基，及2个或更多个选自由羧基及羟基组成的群组的至少一个群组的基团；(C)氨基酸；(D)阴离子表面活性剂；及(E)氧化剂，且该含水分散体的pH为6.5或更大及9.5或更小，其能够在抑制腐蚀时以高抛光速率来抛光金属膜如钴膜。