[发明专利]含钴衬底的化学机械抛光(CMP)

说明书

本发明提供了用于抛光钴或含钴衬底的化学机械抛光(CMP)组合物、方法和系统。所述CMP组合物包含α‑丙氨酸、磨料颗粒、磷酸盐或酯、腐蚀抑制剂、氧化剂和水。该钴化学机械抛光组合物提供高的Co去除速率以及Co薄膜相对于介电薄膜例如TEOS、SixNy(其中1.0x3.0，1.33y4.0)、低k和超低k薄膜的非常高的选择性。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2016年6月16日提交的美国临时专利申请序列号62/350,844的权益。

技术领域

本发明总体涉及半导体衬底的化学机械抛光(CMP)。

背景技术

由于行业标准倾向于更小的器件特征，故对于可用于在集成电路(IC)芯片制造和集成(尤其用于16nm技术节点及以上的应用)中作为新的导电互连材料替换钨(W)或铜(Cu)的新型金属材料存在着持续的开发需求。钴(Co)已被考虑并作为集成电路芯片集成中有希望的新型金属互连材料之一进行测试。钴互连的CMP要求以高去除速率(removal rate)抛光钴层并提供高度的平面性而不引入腐蚀缺陷。钴互连的抛光要求去除速率超过1000埃/分钟这要求对于钴是化学侵蚀性的但不引起任何腐蚀问题的浆料组合物。

令人遗憾地，用于抛光铜或钨的现有浆料不能用于对钴互连结构提供满意的CMP性能。不局限于任何理论，这可能是由于钴与现有抛光浆料是化学反应性的，从而导致钴溶解，这又导致高的缺陷计数。

关于钴CMP的大部分现有技术涉及抛光铜互连下面的薄的钴屏障内衬。钴屏障抛光的要求与钴互连抛光显著不同。钴屏障抛光通常需要钴去除速率小于500埃/分钟

US专利申请2016108286、20130186850教导了用于钴互连或钴屏障层的化学机械抛光的浆料组合物。

US专利申请20130140273教导了用于Co的化学机械抛光的浆料。所述浆料按重量计包含如下组分：抑制剂0.01-2％、氧化剂0-5％、磨料0.1-10％、络合剂0.001-10％和其余的水。通过pH值调节剂将浆料的pH值调节至3-5。抑制剂选自一种或多种包含S和N原子或者包含S或N原子的五元杂环化合物。氧化剂是选自H₂O₂、(NH₄)₂S₂O₈、KIO₄和KClO₅的一种或多种。磨料是选自SiO₂、CeO₂和Al₂O₃的一种或多种。络合剂是选自氨基酸和柠檬酸的一种或多种。该浆料可以有效防止Co的腐蚀并在抛光过程中降低Co的抛光速率。

“Fundamental Study of Chemical-Mechanical Polishing Slurry of CobaltBarrier Metal for Next-Generation Interconnect Process,”Hideak Nishizawa等,Jpn.J.Appl.Phys.,第49卷,05FC03(2页),2010年表明在pH 10的浆料中，钝化层在钴表面上形成且钴-铜电化腐蚀最小化。