[发明专利]用于钴的化学机械抛光方法

说明书

一种用于化学机械抛光含有钴和TiN的衬底以使表面平坦化并且至少改善所述衬底的表面形貌的方法。所述方法包括提供含有钴和TiN的衬底；提供抛光组合物，其含有以下各物作为初始组分：水、氧化剂、天冬氨酸或其盐，和直径≤25nm的胶态二氧化硅研磨剂；并提供具有抛光表面的化学机械抛光垫；在所述抛光垫与所述衬底之间的界面处建立动态接触；并将所述抛光组合物分配到在所述抛光垫与所述衬底之间界面处或附近的所述抛光表面上；其中一些钴被抛光去除以使衬底平坦化，由此提供改善的钴:TiN去除速率选择性。

技术领域

本发明涉及化学机械抛光钴以至少改善钴相对于TiN的去除速率选择性的领域。更具体地说，本发明涉及一种化学机械抛光钴以至少改善钴相对于TiN的去除速率选择性的方法，所述方法是通过以下方式进行：提供含有钴和TiN的衬底；提供抛光组合物，其含有以下各物作为初始组分：水；氧化剂；天冬氨酸或其盐；平均粒径小于或等于25nm的胶态二氧化硅研磨剂；提供具有抛光表面的化学机械抛光垫；在抛光垫与衬底之间的界面处建立动态接触；并将抛光组合物分配到在抛光垫与衬底之间的界面处或附近的抛光表面上，其中一些钴自衬底抛光去除。

背景技术

在制造集成电路和其它电子器件时，可以在半导体晶片的表面上沉积或从其去除多层导电、半导电和电介质材料。薄层导电、半导电和电介质材料可以通过多种沉积技术沉积。现代加工中的常见沉积技术包括物理气相沉积(physical vapor deposition，PVD)，又称作溅射；化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)；等离子体增强化学气相沉积(plasma-enhanced chemical vapor deposition，PECVD)；和电化学电镀(electrochemical plating，ECP)。

随着材料层依次沉积和去除，晶片的最上层表面变得不平坦。因为后续的半导体加工(例如金属化)需要晶片具有平坦的表面，所以需要使晶片平坦化。平坦化可用于去除不需要的表面形貌和表面缺陷，如粗糙表面、聚结材料、晶格损伤、划痕和被污染的层或材料。

化学机械平坦化或化学机械抛光(chemical mechanical polishin，CMP)是用于使衬底如半导体晶片平坦化的常用技术。在常规CMP中，晶片安装在载体组件上并定位成与CMP设备中的抛光垫接触。载体组件向晶片提供可控压力，将其压靠在抛光垫上。抛光垫在外部驱动力下相对于晶片移动(例如旋转)。与此同时，在晶片与抛光垫之间提供抛光组合物(“浆料”)或其它抛光溶液。因此，通过垫表面和浆料的化学和机械作用，晶片表面被抛光并变得平坦。但是，CMP中涉及很多复杂问题。每种类型的材料都需要独特的抛光组合物、合理设计的抛光垫、针对抛光和CMP后清洁两者的最佳化工艺设置、以及必须针对抛光特定材料的应用而单独定制的其它因素。

对于10纳米及以下的先进技术节点，正在实施使钴取代钨插塞将晶体管栅极连接到后端工艺(Back End of Line，BEOL)中的金属互连件，并取代BEOL中前几个金属层的金属线和通孔中的铜。在这些方案中，钴将被沉积在Ti/TiN阻挡层的顶部。所有这些新工艺都需要CMP以实现针对所需的目标材料厚度和选择性的平面度。

为了获得高效的性能，CMP工业需要钴浆料提供或更高的高钴去除速率，并且同时展示出低阻挡物(例如TiN)去除速率以实现可接受的形貌控制。阻挡层将导电材料与非导电绝缘体电介质材料如TEOS分开，并抑制从一层到下一层的不希望的电迁移(electro-migration)。过量去除阻挡层会引起电迁移，由此导致半导体器件功能失常。由于器件的进一步小型化不断地驱动半导体工业改善芯片性能，各种材料的尺寸变得更小和更薄，并且半导体上的特征变得更密集，使得CMP更难提供所需的金属如钴的去除速率且同时防止阻挡层和绝缘体材料的过量去除以防止半导体器件的功能失常。

因此，需要一种至少改善钴:TiN阻挡层去除速率选择性的用于钴的CMP抛光方法和组合物。

发明内容