用于抛光铜的CMP浆料组合物和使用其的抛光方法技术

本发明专利技术涉及用于抛光铜的CMP浆料组合物，包含：抛光颗粒；络合剂；腐蚀抑制剂；和去离子水。该络合剂包含选自草酸、苹果酸、丙二酸和甲酸中的一种或多种有机酸以及甘氨酸。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于抛光铜的CMP浆料组合物和使用其的抛光方法。更具体地，本发 明涉及用于抛光半导体制造中的金属线（如铜线）的CMP浆料组合物和使用其的抛光方 法。
技术介绍
在半导体器件的制造中，将CMP过程用于晶圆表面或晶圆上的绝缘层或金属层的 平坦化。CMP过程是将抛光垫放置在抛光滚筒上，随后在抛光滚筒旋转中，抛光头支撑并旋 转晶圆的同时应用流体静压力，从而经由使用抛光浆料组合物的抛光垫和抛光试剂的机械 抛光作用或抛光浆料组合物的氧化剂的化学抛光作用抛光来平坦化晶圆表层的过程。用于 CMP的抛光浆料组合物可以包含金属氧化物颗粒的抛光试剂、其中悬浮抛光试剂的去离子 01)水；通过在金属膜的表面上形成钝化层除去金属氧化物的氧化剂；通过钝化防止过度 腐蚀的腐蚀抑制剂；以及螯合由氧化剂氧化的金属氧化物的络合剂。 由于与其他金属相比，在使用CMP浆料组合物抛光金属层（特别是铜（Cu)层）的 过程中，发生严重的表面缺陷如侵蚀和凹陷，所以引入了腐蚀抑制剂和络合剂。 这样，在抛光金属层，特别是铜层的过程中，有必要确保低水平的表面缺陷与适当 的抛光速率。否则，抛光时间变得更长或可能出现表面缺陷。【具体实施方式】【技术问题】 本专利技术的一个方面是提供用于抛光铜的CMP浆料组合物，其在抛光金属线，特别 是铜线时可以显著减少表面缺陷，并提供使用其的抛光方法。 本专利技术的另一方面是提供用于抛光铜的CMP浆料组合物，其可以改善抛光速率和 抛光平坦度，并提供使用其的抛光方法。 【技术方案】 本专利技术的一个方面涉及用于抛光铜的CMP浆料组合物。该组合物包含抛光颗粒、 氧化剂、络合剂、腐蚀抑制剂和去离子水，其中，络合剂包含：选自草酸、苹果酸、丙二酸和甲 酸中的至少一种有机酸；以及甘氨酸，且有机酸与甘氨酸的重量比在约1:13至约1:260的 范围。 络合剂可以以按重量计（wt% )约0. 1 %至约15wt%的量存在于总重量的组合物 中。 有机酸与甘氨酸的重量比可以在约1:60至约1:200的范围。 在一个实施方式中，组合物可以进一步包含表面活性剂、聚合化合物、分散剂、pH 调节剂或它们的组合。 组合物可以包含：约0.Olwt%至约20wt%的抛光颗粒；约0.Olwt%至约10wt% 的氧化剂；约〇.lwt%至约15wt%的络合剂；约0.OOlwt%至约10wt%的腐蚀抑制剂；以及 余量的去尚子水。 组合物可以具有：在抛光30秒后，使用表面缺陷分析仪对12英寸的铜覆盖晶圆测 量的约1200以下的表面缺陷；以及使用宏观颗粒分析仪（Accusizer)测量的约23000以下 的LPC值。 本专利技术的另一方面涉及使用以上阐述的组合物的抛光方法。该方法包括使用组合 物抛光铜线。 【有利效果】 本专利技术提供了用于抛光铜的CMP浆料组合物，其在抛光金属线，特别是铜线时，可 以减少表面缺陷并可以改善抛光速率和抛光平坦度。 【最佳方式】 根据本专利技术的一个实施方式，将CMP浆料组合物用于抛光金属线，例如铜线的过 程，铜线用作半导体器件的导电层。该组合物包含抛光颗粒、氧化剂、络合剂、腐蚀抑制剂和 去离子水，且可以进一步包含表面活性剂、聚合化合物、分散剂、pH调节剂或它们的组合。 在下文中，将详细描述每种组分。 抛光颗粒 根据本专利技术，CMP浆料组合物可以使用金属氧化物颗粒作为抛光颗粒。例如，抛光 颗粒可以包含二氧化硅（Si02)、氧化铝（A1203)、氧化锆、钼、二氧化铈等。这些可以单独或 组合使用。在这些抛光颗粒中，二氧化硅（Si02)，特别是胶体二氧化硅，对于更有效的抛光 可以是有利的。 根据应用目的，胶体二氧化硅抛光颗粒可以具有不同的粒径。对于用于障碍和绝 缘层的低抛光速率，有利的是抛光颗粒不团聚且具有约25nm以下的平均粒径，以及对于用 于障碍和绝缘层的高抛光速率，有利的是抛光颗粒具有约25nm以上的粒径。如果将约25nm 以上的抛光颗粒用于对应于铜线抛光中的主体抛光的一次抛光（主体铜抛光），那么由于 对障碍和绝缘层的过高的抛光速率而增加了侵蚀。尽管应当减少处理时间以克服该问题， 但是由于生成铜残留，缺陷率可能增加。此外，如果在一次抛光之后将约25nm以下的抛光 颗粒用于二次抛光（障碍抛光），由于铜和不均匀膜之间的选择性，即，绝缘层增加，侵蚀和 凹陷可以随抛光时间增加变得更严重。 抛光颗粒以约0.Olwt%至约20wt%的量存在于浆料组合物中。例如，当抛光颗粒 是胶体二氧化娃时，抛光颗粒可以以约〇. 〇lwt%至约20wt%的量存在；当抛光颗粒是二氧 化娃时，抛光颗粒可以以约0. 05wt%至约20wt%的量存在；以及当抛光颗粒是氧化错时， 抛光颗粒可以以约〇. 5wt%至约10wt%的量存在。在这个范围内，组合物允许容易控制分 散稳定性和抛光速率。 氧化剂 氧化剂用于通过氧化金属层（例如，抛光对象铜层）的表面来促进化学抛光。 根据本专利技术，氧化剂可以包含无机和有机过-化合物（per-compound)、溴酸及其 盐、硝酸及其盐、氯酸及其盐、铬酸及其盐、碘酸及其盐、铁及其盐、铜及其盐、稀土金属氧化 物、过渡金属氧化物、铁氰化钾、重铬酸钾等。在这些材料中，氧化剂优选地是过氧化氢。 为了在抛光时得到适当的抛光速率以及减少腐蚀或点蚀，氧化剂可以以约〇.〇lwt%至约 10wt%，更有效地约0.lwt%至约5wt%的量存在于衆料组合物中。 络合剂 络合剂用于螯合被氧化剂氧化的铜氧化物。即，通过与铜氧化物螯合而抑制氧化 的铜氧化物被再吸附至抛光对象铜层上，从而在减少表面缺陷的同时，可以增加铜的抛光 速率。 根据本专利技术，络合剂同时包含特定的有机酸和特定的氨基酸。 有机酸可以是二羧酸，以及二羧酸可以包含选自草酸、苹果酸、丙二酸和甲酸中的 至少一种。这样，由于通过使用特定的有机酸可以连续螯合在连续的CMP抛光期间连续生 成的铜氧化物，所以可以持续抑制铜氧化物被再吸附回至待抛光的铜层上。因此，在减少表 面缺陷的同时，铜的抛光速率可以连续增加。因此，可以有效实现防止抛光速率降低或在 CMP期间生成的表面缺陷。 氨基酸是甘氨酸。如果使用除甘氨酸之外的氨基酸，则存在铜抛光速率劣化的缺 点。 有机酸与甘氨酸的重量比在约1:13至约1:260的范围。如果有机酸与甘氨酸的 重量比小于约1:13,那么组合物表现出抛光性能的退化，以及如果有当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于抛光铜的CMP浆料组合物，包含：抛光颗粒、氧化剂、络合剂、腐蚀抑制剂和去离子水，其中，所述络合剂包含：选自草酸、苹果酸、丙二酸和甲酸中的至少一种有机酸；以及甘氨酸，其中，所述有机酸与甘氨酸的重量比在约1:13至约1:260的范围。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢钟一，姜东宪，金泰完，郑正焕，崔渶楠，洪昌基，
申请(专利权)人：第一毛织株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR