[发明专利]屏障浆料去除速率改善

说明书

本发明提供了用于屏障层和层间介电(ILD)结构或图案化介电层应用的化学机械平面化抛光(CMP)组合物。所述CMP组合物含有磨料；化学添加剂，所述化学添加剂包括多元酸及其盐；腐蚀抑制剂；和水溶性溶剂；及任选地，第二速率增强剂、表面活性剂、pH调节剂、氧化剂和螯合剂。

相关申请的交叉引用

本专利申请是2018年9月28日提交的美国临时专利申请序列号62/738,427的非临时申请，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及在半导体器件生产中使用的屏障(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，本发明涉及适合用于抛光图案化半导体晶片的屏障抛光组合物，该图案化半导体晶片由多种类型的膜构成，例如金属层、屏障膜和下层层间介电(ILD)结构或图案化介电层。

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。金属层具有至少足够的厚度以用金属填充图案化沟槽而形成电路互连。

屏障层通常是金属、金属合金或金属间化合物，实例是含Ta或Ti的膜，例如Ta、TaN、Ti、TiN或TiW等。屏障形成阻止晶片内各层之间的迁移或扩散的层。例如，屏障阻止互连金属(例如铜或钴)扩散到相邻的电介质中。屏障材料必须对大多数酸的腐蚀有抗性，从而抵抗在用于CMP的流体抛光组合物中的溶解。此外，这些屏障材料可以表现出抵抗CMP组合物中的磨料颗粒和固定的研磨垫的磨损导致的去除的韧性。

关于CMP，该技术的当前状态涉及使用多步(例如，两步)方法以实现局部和整体平面化。

在典型CMP工艺的步骤一中，通常去除金属层(例如，负载过多的铜层)，同时在晶片上留下光滑平坦表面，具有金属填充的线、通孔和沟槽，其为抛光的表面提供电路互连。因此，步骤1倾向于去除过量的互连金属，例如铜。则随后是典型CMP工艺的步骤二，通常被称为屏障CMP过程，以去除图案化晶片的表面上的过量金属层及屏障层和其他膜，以实现介电层上的表面的局部和整体平面化。

美国专利申请US 7,491,252B2公开了用于去除钽屏障材料的化学机械平面化溶液。该溶液包含非铁金属和0至20的非铁金属的络合剂，0.01至12的选自甲脒、甲脒盐、甲脒衍生物、胍衍生物、胍盐及其混合物的钽去除剂，0至5的磨料，0至15的选自聚合物颗粒和聚合物涂覆的颗粒的总颗粒，其余为水。用小于20.7KPa的垂直于晶片的微孔聚氨酯抛光垫压力测量的，该溶液具有至少3:1的氮化钽:TEOS选择性。

屏障层的化学机械平面化(CMP)是晶片镶嵌(wafer damascene)工艺的关键步骤。

因此，需要制造具有更高去除速率的CMP浆料。

发明内容

本发明提供了具有较高屏障和ILD去除速率的稳定CMP浆料。本文描述和公开的是用于抛光的屏障CMP组合物、系统和方法。本文公开的组合物提供了改善的高屏障膜和ILD层去除速率。

在一个实施方式中，本文描述了一种屏障化学机械平面化抛光组合物，其包含：

≥1.5wt.％、≥2.4wt.％、≥5.0wt.％或≥10.wt.％的磨料；

≤10重量％，优选≤5重量％，更优选≤1重量％的化学添加剂；

腐蚀抑制剂；

水溶性溶剂；和

任选地

第二速率增强剂(rate booster)；

表面活性剂；

pH调节剂；

氧化剂；和