[发明专利]金属布线的化学机械平面化

说明书

本发明通常涉及集成电路金属化，特别是涉及铜布线的平面化方法。

在集成电路制造的领域内，人们非常清楚形成平面金属化图形所带来的重大的集成密度方面的优点(在这里‘金属化图形’把一个或多个晶体管、电容、电阻和其它的形成在一个晶片上的电子元器件连接起来)。在工业中，一个重要的倾向是应用所谓‘用化学-机械方式得到的研磨抛光’(或‘化学-机械研磨抛光’，或‘CMP’)技术来生产这样的平面金属化图形。在CMP中，晶片的正面一侧被保持为面向转动的研磨抛光轮，同时导入一种化学浆液，通过化学反应和物理磨损的组合使得晶片上边的一个或多个金属层被除掉。例如，参看1990年7月31日授予Beyer等人的专利US 4944836号，它已转让给本发明的受让人(相对周围钝化物的金属平面化的CMP方法，或相对金属布线的钝化物平面化的CMP方法)。

除去用CMP所得到的一般的优点之外，在钝化物的预先平面化中形成的集成金属布线会带来的密度方面的特别的优点。就如在1998年12月6号授予Chow等人并转让给本发明的受让人的专利US 4789648(今后称之为‘Chow氏专利’)中所表明的那样，集成金属布线(这是一个单个金属层，包括一个垂直的部分，该部分向下延伸到平铺于晶片上边的层以便与在其上边形成的导电构造接触，还包括一个水平的部分，该部分提供一种电连接)的形成过程是先淀积和确定通过已经用CMP使之平面化后的两个钝化物层的孔径，然后在整个构造上边淀积金属并研磨掉延伸到平面化的钝化层上边的部分金属。通常，金属布线的水平和垂直部分用两层金属形成。Chow氏专利通过消除通常在金属布线构造的水平和垂直部分之间存在的层间界面的办法，得到了最大的导电率。

现有技术中，众所周知的是利用铝合金或钨作为供集成电路使用的金属布线。但是，随着片上最小化尺寸减小到0．25微米以下，这些材料的导电特性就不再满足要求。这些金属布线典型地说是利用化学汽相淀积或其它的淀积技术淀积到晶片上边的。随着互连尺寸减小，通过层间电介质形成的过渡孔或通孔的纵横比(即高度与宽度之比)就要增加，导致在利用定向技术淀积的金属中形成空隙。此外，在几何尺寸更小的金属布线中，对电迁移失效将变得更为敏感。因此，在最近的开发工作中，开发出了一种铜布线技术。铜具有低的电阻率、高的抗电迁移能力，而且可以利用大大地减少空隙的形成的电镀技术进行淀积。但是，由于铜是一种没有高度保护性自生氧化物的软金属，而且不能容易地用标准的反应性离子刻蚀技术图形化，所以，特别是在CMP领域，它提出一种独特的挑战。

供铜的CMP使用的各种研磨浆(和／或供铜使用的阻挡(barrier)材料)已在现有技术中提了出来。这些技术包括下述：

1)硝酸、一种聚合物、一种表面活性剂、和硫酸或磺酸，在一种非CMP工艺中，用来从印制电路板上除掉铜(Nelson的专利US 4632727，该专利转让给Psi Star)。

2)铁-氨-EDTA(USP 4954142，Patrick等人的专利并转让给本发明的受让人)。

3)水，固态磨蚀剂，和HNO₃、H₂SO₄和AgNO₃中之一(US 5225034和分案5534490，是授予Yu等人的和转让给Micron Technology的专利)

4)一种氧化剂和一种二氧化硅研磨剂、PH在2和4之间的研磨浆，用来研磨抛光钨、铜、氮化钛，或硅化钨(US 5340370和分案5516346，它是授予Cadient等人的和转让给Intel的专利)

5)PH为10的过硫酸铵／KOH(“用吡咯(Azole)钝化对铜进行化学机械研磨抛光的碱性配方”，IBM Technical Disclosure Bulletin，37卷，第10期，1994年10月，第187页)。

6)二氧化硅或氧化铝微粒，氨基乙酸，和过氧化氢(以JP 313406／93为基础的欧洲专利申请94119785．7，6／28／95出版)。

7)胶态二氧化硅、亚氯酸钠、去离子水(US 5451551，1995年9月5号授予Krishnan等人)

8)一种氧化剂、一种表面活性剂、和去离子水，具有均匀分散的氧化铝粒子，该氧化铝粒子具有小于大约1微米的团聚体尺寸分布和小于大约0．4微米的平均直径(US 5527423，1996年6月8号授予Neville等人，并转让给Cabot Inc．)。