[发明专利]用于屏障化学机械平面化的添加剂

说明书

本文提供了包含适合的化学添加剂的屏障化学机械平面化抛光组合物。适合的化学添加剂是硅酸盐化合物和高分子量聚合物/共聚物。本文还提供了使用所述屏障化学机械平面化抛光组合物的化学机械抛光方法。

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2016年7月1日提交的美国临时专利申请No.62/357,571的优先权，该临时申请的全文通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及用于生产半导体器件的屏障(barrier)化学机械平面化(“CMP”)抛光组合物(或浆料)，以及用于进行化学机械平面化的抛光方法。特别地，本发明涉及适用于抛光图案化半导体晶片的屏障抛光组合物，所述图案化半导体晶片由多型膜组成，例如屏障、低k或超低k，介电，以及金属线路、通孔或沟槽。

背景技术

通常，屏障层覆盖图案化介电层，并且金属层覆盖屏障层。金属层具有至少用金属填充图案化沟槽以形成电路互连的足够厚度。

屏障通常是金属、金属合金或金属间化合物，例如钽或氮化钽。屏障形成防止晶片内的层之间的迁移或扩散的层。例如，屏障防止互连金属如铜或银扩散到相邻的电介质中。屏障材料必须抵抗大多数酸的腐蚀，且从而对用于CMP的流体抛光组合物中的溶解具有抗性。此外，这些屏障材料可以表现出抵抗由CMP组合物中的和来自固定研磨垫的磨料颗粒的磨耗所造成的去除的韧性。

关于CMP，该技术的当前状态涉及使用多个步骤，例如两步法，以实现局部和全局平面化。

在典型CMP工艺的步骤1的过程中，通常去除金属层，例如过度负载的铜层，同时在晶片上保留光滑平面表面，所述晶片具有提供与抛光表面在同一平面上的电路互联的金属填充的线路、通孔和沟槽。因此，步骤1倾向于去除多余的互连金属，例如铜。然后，典型CMP工艺的步骤2(经常被称为屏障CMP工艺)接着去除图案化晶片的表面上的屏障层和多余的金属层和其它膜，以在介电层上实现表面的局部和全局平面化两者。

美国专利申请公布No.2007/0082456提供了一种抛光组合物，其允许高速抛光，同时防止蚀刻和侵蚀，并且保持金属膜的平坦度。所述抛光组合物包含(A)具有三个或更多个唑部分的化合物、(B)氧化剂和(C)选自氨基酸、有机酸和无机酸中的一种或多种物质。

美国专利申请公布No.2007/0181534教导了一种屏障抛光液，其包含(a)由下式表示的非离子表面活性剂、(b)选自芳族磺酸、芳族羧酸及其衍生物的至少一种类型的有机酸、(c)胶体二氧化硅和(d)苯并三唑或其衍生物。

在该式中，R¹至R⁶独立地表示氢原子或具有1至10个碳的烷基基团，X和Y独立地表示亚乙基氧基团或亚丙基氧基团，并且m和n独立地表示0至20的整数。还提供了一种化学机械抛光方法，其包括以每单位时间每单位半导体衬底面积0.035至0.25mL/(min·cm²)的速率将所述屏障抛光液供应到抛光台上的抛光垫，和通过使所述抛光垫与待抛光的表面在它们处于接触状态的时候彼此相对移动而进行抛光。

美国专利申请公布No.2008/0149884描述了用于半导体晶片上的金属衬底的化学机械平面化(CMP)的组合物和相关方法。所述组合物含有非离子氟碳表面活性剂和过型(per-type)氧化剂(例如过氧化氢)。所述组合物和相关方法有效地控制铜CMP过程中的低k膜的去除速率，并且提供了与铜、钽和氧化物膜的去除速率相关的低k膜的去除速率的可调性。