用于平坦化金属层的研磨组成物制造技术

本发明专利技术用于平坦化金属层的研磨组成物，研磨组成物至少包含有重量计约７５０ｐｐｍ至低于５０００ｐｐｍ的磨粒、过氧化氢、加速剂、共同腐蚀抑制剂以及水，其中，该共同腐蚀抑制剂包含有第一、第二腐蚀抑制剂，该共同腐蚀抑制剂应用于平坦化金属层中，可以在维持金属层的高研磨去除率的同时，兼具抑制金属蚀刻的特性，能够减少碟陷与磨蚀等研磨缺陷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关一种用于平坦化金属层的研磨组成物，目的在提供一种用于化学机械 的研磨组成物，可提高加工对象的平坦化效果。
技术介绍
随着电子组件的关键尺寸(Critical Dimension)愈来愈小及导线层数的急遽增 加，电阻/电容时间延迟(RC Time Delay)将严重影响整体电路的操作速度。为了改善随 着金属联机线宽缩小所造成的时间延迟以及电子迁移可靠性问题，所以选择电阻率低与抗 电子迁移破坏能力高的铜导线材料，取代铝合金金属。然而，由于铜金属具有不易蚀刻的特 性，必须改采另一种镶嵌(Damascene)方式来形成铜金属导线。镶嵌(Damascene)方式制程有别于传统先定义金属图案再以介电层填沟的金属 化制程，其方法是先在一平坦的介电上蚀刻出金属线的沟槽后，再将金属层填入，最后将多 余的金属移去，而得到一具有金属镶嵌于介电层中的平坦结构。镶嵌式制程比起传统的金 属化制程具有以下优点(1)可使基底表面随时保持平坦；(2)可排除传统制程中介电材料 不易填入金属导线间隙的缺点(3)可解决金属层料蚀刻不易的问题，特别是铜金属的蚀 刻。另外，为克服传统内联机的制程中接触窗构造与导线图案需分别制作，使得整 个制程步骤极其繁复的缺点，目前另发展出一种双镶嵌(dual damascene)制程，其制作 过程是进行两次选择性蚀刻，分别将导线介电质(line dielectric)与介层介电质(via dielectric)蚀开后，一次做完金属层与插塞的阻障层，并一次将导电金属填入介层窗和内 联机沟槽，达到简化制程步骤的效果。近年来，为配合组件尺寸缩小化的发展以及提高组件 操作速度的需求，具有低电阻常数和高电子迁移阻抗的铜金属，已逐渐被应用来作为金属 内联机的材质，取代以往的铝金属制程技术。铜金属的镶嵌式内联机技术，不仅可达到内联 机的缩小化并且可减少RC时间延迟，同时也解决了金属铜蚀刻不易的问题，因此已成为现 今多重内联机主要的发展趋势。无论是单镶嵌或双镶嵌的铜制程，在完成铜金属的填充后都需要进行平坦化制 程，以将介电层上多余的金属去除。目前，通常藉由化学机械研磨制程来达到此一目的。然 而，在金属化学机械研磨的技术中，在金属层表面仍然常常发生金属碟陷(Dishing)及磨 蚀(Erosion)等研磨缺陷。金属碟陷及磨蚀现象与研磨速率及蚀刻比(RR/DER)有极大的关系，较低的蚀刻 速率可确保图案凹陷处去除率低，藉此有效抑制碟陷缺陷，但在考虑单位时间的产出量下， 研磨速率亦需维持于可接受范围；此外，研磨均勻度也对平坦结果有一定影响，较差的均勻 度则需更多的研磨时间将铜完全磨除，因而造成更严重的金属碟陷及磨蚀现象。为兼顾单位产出量及抑制金属碟陷及磨蚀现象，通常将铜-化学机械研磨制程， 分为二个步骤。第一阶段以较快的研磨速率将大部分的铜移除，以增加单位产出量。第二阶 段则以较慢的研磨速率磨除剩下的少量铜，藉以避免对凹槽内的铜造成过度磨蚀的现象。3通常，二阶段的铜研磨制程，需要更换不同组成的研磨组成物，以符合不同阶段的铜研磨需 求。然而，更换研磨组成物非但不利于简化制程，亦可能造成废料的增加。美国公开号第2008/0254629号所揭示的研磨组成物包含有胺基酸、重量计约 5ppm至低于700ppm的磨粒、三唑化合物以及水，该研磨组成物在铜相对于阻挡层的去除 选择性上超过50 1 ；而美国第2004/0020135号公开专利文献揭示包括二氧化硅、氧化 剂、胺基酸、三唑化合物、及水的铜金属研磨组成物；再者，美国专利第6，440，186号专利并 揭示一种研磨组成物包含有磨粒、一保护膜层成形剂以及过氧化氢，该磨粒粒径大小为 50 120nm，而占研磨组成物总重的0.5 5重量％ (wt% )；另外，美国专利第6，679，929 号专利并揭示一种研磨组成物包含有磨粒、具有至少10个碳的脂肪族羧酸、选自于氢氧 化铵等的碱性物质加速剂、腐蚀抑制剂、过氧化氢以及水。然而，上述各专利并未揭示使用 共同抑制剂，可以在维持高研磨去除率的条件下，减缓研磨组成物对于金属的蚀刻速率，而 同时适用于第一与第二阶段的铜金属研磨。
技术实现思路
本专利技术的主要目的即在提供一种用于平坦化金属层的研磨组成物，可提高加工对 象的平坦化效果。本专利技术的又一目的在于提供一种同时适用于二阶段金属研磨的研磨组成物。为达上揭目的，本专利技术研磨组成物至少包含有重量计约750ppm至低于5000ppm的 磨粒、过氧化氢、加速剂、共同腐蚀抑制剂以及水，其中，该共同腐蚀抑制剂包含有第一、第 二腐蚀抑制剂，该共同腐蚀抑制剂应用于平坦化金属层中，可以在维持金属层的高研磨去 除率的同时，兼具抑制金属蚀刻的特性，能够减少碟陷与磨蚀等研磨缺陷。附图说明图1为磨粒浓度与研磨去除率关系图；图2为粒径较大之磨粒具有斜率较大之线性表现图；图3为磨粒之浓度与金属碟陷之结果图。具体实施例方式本专利技术的特点，可参阅本案图式及实施例的详细说明而获得清楚地了解。本专利技术用于平坦化金属层的研磨组成物，该研磨组成物至少包含有重量计约 750ppm至低于5000ppm的磨粒、过氧化氢、加速剂、共同腐蚀抑制剂以及水，其中，该共同腐 蚀抑制剂包含有第一、第二腐蚀抑制剂，而该共同腐蚀抑制剂用于平坦化金属层中，可于化 学机械研磨时于加工对象的表面形成一层保护膜，以避免加工对象受到过度腐蚀，可提高 加工对象的抑制腐蚀能力。该磨粒的重量计约750ppm至低于5000ppm，而又以IOOOppm至低于3000ppm为较 佳，且该磨粒的粒径小于90nm(其中以小于50nm为较佳)，而该磨粒的实例包括，但非限于 锻烧的二氧化硅；自硅酸钠或硅酸钾水解、或硅烷水解及缩合而成的二氧化硅溶胶；沉淀 或锻烧的二氧化铝；沉淀或锻烧的二氧化钛；高分子材料；及金属氧化物及高分子材料混 合体(hybrid)。较佳者是二氧化硅溶胶。若磨粒用量过低，不利于机械研磨，无法达到所期望的研磨去除率；另一方面，若磨粒用量过高则会加速机械研磨的效应，增加阻障层及绝缘 氧化层的去除率，也容易产生表面磨蚀的研磨缺陷。该氧化剂占组成物总重的0. 25至5重量％;而用于该研磨组成物的加速剂的实例 包括，但非限于柠檬酸、草酸、酒石酸、组胺酸、丙胺酸、或甘胺酸以及其铵盐、钠盐、钾盐或 锂盐。该加速剂用于促进待研磨金属，例如铜的溶解。提高研磨组成物中的加速剂添加量， 有助于提升金属层的研磨去除率，适用于第一阶段的金属层研磨。然而，提高研磨组成物中 的加速剂添加量，也会同时增加静态蚀刻的速率，不利于第二阶段的细微研磨。于一具体实 例中，该加速剂占组成物总重的0. 01至5重量％。该共同腐蚀抑制剂在高研磨去除率的条件下，有效抑制静态蚀刻速率，以适 用于第一阶段与第二阶段的研磨光制程，本专利技术的第一腐蚀抑制剂选自I-H-苯并三 唑、N-醯基肌胺酸(N-acyl sarcosine)、烷基硫酸盐(Alkyl sulfate)或烷基磺酸 盐(Alkyl sulfonate)，而该第二腐蚀抑制剂选自1，2，3-三唑、1，2，4-三唑、甲苯三 唑(totyltriazole)、5-胺基四唑(5-amino tertraazole)、3-胺基-1，2，4-三唑 (3-Amino-l，2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于平坦化金属层的研磨组成物，该研磨组成物至少包含有：　　磨粒，该磨粒的重量计７５０ｐｐｍ至低于５０００ｐｐｍ；　　过氧化氢；　　加速剂；　　共同腐蚀抑制剂，该共同腐蚀抑制剂包含有第一、第二腐蚀抑制剂；以及　　水。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张松源，何明彻，陆明辉，
申请(专利权)人：盟智科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]