[发明专利]一种使用钌阻挡层的金属互连线路的化学机械抛光方法

说明书

本发明公开了图形片晶圆的抛光方法和适于对图形片晶圆中钌阻挡层进行抛光的抛光液。其中，抛光方法包括：(1)利用第一抛光液对所述金属层依次进行第一抛光处理和第二抛光处理；(2)利用第二抛光液对所述钌阻挡层进行第三抛光处理，得到抛光后图形片晶圆。该抛光方法适于对具有钌阻挡层互连结构的图形片晶圆进行化学机械抛光，实现晶圆中金属层、钌阻挡层和介质层中不同材料的选择性去除，获得良好的抛光后表面与界面质量，抛光后晶圆具有较高的全局和局部平坦化以及较低的表面缺陷。

技术领域

本发明涉及化学机械抛光领域，具体而言，本发明涉及图形片晶圆的抛光方法和适于对晶圆中钌阻挡层进行抛光的抛光液。

背景技术

当集成电路的技术节点不断推进，应用铜(Cu)和低k介质的后段制程遇到两个关键的问题：如何降低阻挡层的厚度；如何实现Cu的无缺陷沟槽填充。传统的钽/氮化钽(Ta/TaN)阻挡层能够有效阻挡Cu和介质材料之间的相互扩散，然而Ta/TaN阻挡层的最小厚度约为30nm，这使其在更精细的沟槽结构中难以继续应用。因此，需要使用全新的阻挡层材料来实现Cu在其上的无籽晶Cu电镀，也就是所谓的“籽晶增强层”。钴(Co)和钌(Ru)是亚10nm技术节点最有应用前景的新型阻挡层材料。对于Co来讲，Cu在其上的直接电镀工艺有待进一步验证。同时，在标准的酸性硫酸盐电镀液中，Cu在特殊条件下才能在Co阻挡层上成核。在化学机械抛光(CMP)和CMP后湿法清洗过程中，Co由于比较高的化学反应活性也会带来严重的腐蚀问题。

Ru是一种很好的阻挡层材料，可以实现Cu在其表面的直接电镀。使用超薄的Ru阻挡层可以使Cu具有优良的台阶覆盖特性、润湿特性和更低的互连线路电阻。然而，目前制备工艺里，Ru作为阻挡层材料单独使用还不够完美，因为超薄的Ru阻挡层会在高温退火下失效。除此之外，Ru与衬底材料(如介质、硅)的粘附特性有待进一步提高。因此，一种Ru/Ta/TaN多层阻挡层结构被用于后段制程，通过这种方法可以实现更好的扩散阻挡特性、热稳定性和直接Cu电镀性能。

然而，对于含钌阻挡层的CMP过程仍有待进一步改进。

发明内容

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现而提出的：

发明人在对钌阻挡层、采用钌阻挡层的图形片晶圆CMP方法的研究中发现，传统的关于Ru的CMP过程报道大多使用的是Ru非图形片晶圆，即不存在嵌入的金属层/阻挡层/介质层互连结构，仅仅对Ru单一材料(如靶材、薄膜)的CMP机理及工艺进行研究。如专利CN106118492A公开了适用于Ru阻挡层的碱性抛光液及其制备方法，改善了Ru和Cu的去除选择比及抛光后表面质量，并未提供具有互连结构图形片晶圆的抛光结果。专利CN101205442A公开了阻挡层抛光浆料的研究成果，通过调控抛光液配方，调节不同材料的抛光速率，实现Ru、有色金属和电介质材料的选择性去除。

然而，发明人在实验研究中发现，具有金属层/阻挡层/介质层互连结构的图形片晶圆和单一的Ru材料在实际CMP过程中存在巨大差异。图形片晶圆的图形几何尺寸(如线宽、间距、密度、排布方式等)对CMP结果有显著影响，适用于对Ru单一材料进行抛光的CMP工艺并不能简单地套用在图形片晶圆中。除此之外，不规则形状的(例如方形)Ru阻挡层图形片晶圆的抛光相对于规则的圆形晶圆更为困难，不规则图形片晶圆的抛光工艺研究成果鲜有报导，并且市场上没有适用于图形片晶圆中Ru阻挡层的商用抛光液。

鉴于此，本发明提出图形片晶圆的抛光方法和适于对图形片晶圆中钌阻挡层进行抛光的抛光液。该抛光方法适于对具有钌阻挡层互连结构的图形片晶圆进行化学机械抛光，实现晶圆中金属层、钌阻挡层和介质层中不同材料的选择性去除，获得良好的抛光后表面与界面质量，抛光后晶圆具有较高的全局和局部平坦化以及较低的表面缺陷。