[发明专利]用于铜/钽基材的化学机械抛光浆料

说明书

发明领域

本发明涉及一种当连续使用时可抛光包括铜部分和钽部分的基材的化学机械抛光浆料。本发明包括含一种磨料、一种氧化剂、一种配合剂、和至少一种有机氨化合物的第一种化学机械抛光浆料。本发明还包括含一种磨料、一种氧化剂和一种配合剂且其中氧化剂和配合剂的重量比大于15的第二种化学机械抛光浆料。本发明还包括用第一和第二种化学机械抛光浆料连续抛光包括铜部分和钽部分的基材的方法。

现有技术的描述

集成电路由在硅基材上或硅基材内形成的数百万个活化元件构成。这些开始时相互分离的活化元件互连形成功能电路和部件。这些元件通过使用公知的多层互连件互连。互连结构通常具有第一层金属化的互连层、第二种层金属化层、和某些时候第三层和随后的金属化层。层间界电质如掺杂和不掺杂二氧化硅或低κ电介质氮化钽用于电隔离不同金属化量的硅基材或阱(well)。不同互连层之间的电连接通过使用金属化的通路进行。US5,741,626(这里作为参考引入)描述了制备介电氮化钽层的方法。

在类似方法中，金属接触用于形成在阱中形成的互连层和元件之间的电连接。金属通路和触点可填充各种金属和合金，包括钽(Ti)、氮化钽(TiN)、钽(Ta)、铝-铜(Al-Cu)、硅铝(Al-Si)、铜、钨(W)和其组合。这些金属通路和触点通常使用粘结层如氮化钽(TiN)、钛(Ti)、钽(Ta)、氮化钽(TaN)或其组合，由此将金属层与SiO₂基材连接。在接触层，粘结层起到扩散阻挡的作用以防止填充的金属与SiO₂反应。

在一个半导体制造方法中，金属通路或触点通过均厚金属沉积接着进行化学机械抛光(CMP)进行。在一典型方法中，经层间电介质(ILD)至互连线路或半导体基材蚀刻出通路孔。接着通常在ILD上形成薄粘结层如氮化钽和/或钽，该粘结层直接连接于蚀刻通路孔。然后将金属膜均厚沉积于粘结层上和蚀刻通路孔内。继续进行沉积直至通路孔填充均厚沉积金属为止。最后，通过化学机械抛光(CMP)除去过量的金属形成金属通路。制造和/或CMP通路的方法公开于US 4,671,851、4,910,155和4,944,836中。

在典型的化学机械抛光方法中，将基材直接与旋转抛光垫接触。用一载重物在基材背面施加压力。在抛光期间，垫片和操作台旋转，同时在基材背面上保持向下的力。在抛光期间将磨料和化学活性溶液(通常称为“浆料”)涂于垫片上。该浆料通过与正在抛光的薄膜化学反应开始抛光过程。在硅片/垫片界面涂布浆料下通过垫片相对于基材旋转运动促进抛光过程。按此方式连续抛光直至除去绝缘体上所需的薄膜。浆料组合物在CMP步骤中一种重要的因素。可根据选取的氧化剂、磨料和其它合适的添加剂调节浆料，以按所需的抛光速率提供有效抛光，同时将表面缺陷、磨蚀和磨耗降至最低。此外，抛光浆料可用于提供对目前集成技术中所用的其它薄薄膜材料如钽、氮化钽、钽、氮化钽等的控制抛光选择性。

CMP抛光浆料通常含磨料，如悬浮于含水氧化介质中的二氧化硅或氧化铝。例如，Yu等人的US5,244,523报道含氧化铝、过氧化氢和氢氧化钾或氢氧化铵的浆料，该浆料可用于以预期速率在很少除去底层绝缘层下除去钨。Yu等人的US5,209,816公开了可用于抛光铝的包括在水介质中的高氯酸、过氧化氢和固体磨料的浆料。Cadien等的US5,340,370公开了钨抛光浆料，包括约0.1M铁氰化钾、约5重量％的二氧化硅和乙酸钾。加入乙酸使pH缓冲至约3.5。

Beyer等人的US4,789,648公开了用氧化铝磨料与硫酸、硝酸和乙酸及去离子水的浆料配料。US5,391,258和5,476,606公开了用于抛光金属与二氧化硅复合物的浆料，该浆料包括含水介质、磨料颗粒和控制二氧化硅除去速率的阴离子。用于CMP的其它抛光浆料描述于Neville等人的US5,527,423、Yu等人的US5,354,490、Medellin等人的US5,157,876、Medellin等人的US5,137,544和Cote等人的US4,956,313中。

现有技术中公开了许多用浆料抛光金属表面的机理。金属表面可用一种浆料抛光，这种浆料在用机械除去浆料中的金属粒子和其溶解物的处理时不会形成表面膜。在这种机理中，不应降低化学溶解速率来避免湿侵蚀。然而，更优选的机理是通过金属表面和浆料中的一种或多种组分如配合剂和/或成膜剂反应连续形成薄的可磨损层。然后通过机械作用以受控的方式除去该磨损层。当机械抛光处理停止时薄钝化膜留在其表面并控制湿侵蚀处理。当用这种机理的CMP浆料抛光时更容易控制化学机械抛光处理。