金属和金属/电介质结构的化学机械抛光用组合物制造技术

一种组合物，它包含：２．５～７０％体积的３０ｗｔ％阳离子改性硅溶胶的，其阳离子改性二氧化硅颗粒的平均粒度介于１２～３００ｎｍ；以及０．０５～２２ｗｔ％至少一种氧化剂；且其ｐＨ值介于２．５～６。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种金属和电介质结构的化学机械抛光(CMP)用高铜去除速率组合物、其生产方法及其应用。
技术介绍
集成半导体电路(IC)包含有结构的半导体、非导体和导电体的薄膜。这些有结构的薄膜通常是这样制造的例如，采用蒸汽沉积施加薄膜材料，然后再借助微平印方法形成结构。各种半导体、非导体和导体层材料的组合产生IC的电子电路元件，例如，晶体管、电容器、电阻和布线。IC的质量及其功能密切依赖于各种层材料的施加和形成结构中所能达到的精度。然而，随着层数的增加，层的平面性大大降低。超过某一层数后，这种现象将导致IC的一个或多个功能元件失效并因此导致整个IC的失效。诸层平面度的降低是由新的层不断积累，而这些层又不得不施加到已经形成结构的层上造成的。结构的形成造成高度差，最高可达每层0.6μm之多。这些高度差一层一层地积累，结果就意味着，下一层将不再施加到平面的表面上，而是施加到非平面的表面上了。第一个后果是随后施加上去的层具有不均一的厚度。在极端情况下，瑕疵和缺陷在电子功能元件内形成，接触质量低劣。而且，不平整的表面将给结构成形带来问题。为了能够产生足够小的特征，在微平印的工艺步骤中要求极高的成象精度(DOF，焦深)。然而，这些结构只可能清晰地聚焦在一个平面上；某部位距该平面偏离越大，成象就越是模糊。为解决这一问题，可实施所谓化学机械抛光(CMP)处理。CMP通过去掉高起的层部分直至获得一个平面的层，达到有结构表面的总体平面化。结果，下一层便可叠加在没有高度差的平面的表面，结构成形的精度和IC诸元件正常工作的能力得以保持。CMP步骤是借助特殊抛光机、抛光垫和抛光磨料(抛光淤浆)实施的。抛光淤浆是一种组合物，它与抛光机上的抛光垫配合工作，负责去掉待抛光的材料。晶片是一个抛光的硅圆盘，集成电路就在它上面建造。CMP工艺的概述例如可参见B.L.Mueller，J.S.steckenrider，《Chemtech》(1998)pp.38～46。特别是在涉及半导体层的抛光步骤中，对抛光步骤精度以及因此对抛光淤浆的要求尤其高。用于表征抛光淤浆效果的一系列参数被用作抛光淤浆效力的评估尺度。这些参数包括磨蚀速率，即，待抛光材料被除掉的速率；选择性，即，待抛光材料的抛光速率与并存的另一些材料的抛光速率之比，还有与平面化均一性有关的变量。表征平面化均一性所使用的变量通常是晶片内的不均一度(WIWNU)和晶片与晶片之间的不均一度(WTWNU)，另外还有单位面积上的缺陷数目。被称之为Cu damascene法的方法正越来越广泛地用于生产集成电路(IC)(例如参见，《微芯片制造半导体加工指南》Peter Van Zant，第4版，McGraw-Hill，2000，pp.401～403和302～309以及《铜CMP一种全面权衡的问题》，Peter Singer，SemiconductorInternational，Cahners出版社，2000-05，pp.73～84)。在此种情况下，必须用抛光淤浆对铜层施以化学机械抛光处理(亦称铜-CMP法)，以便形成铜连线。成品的铜连线镶嵌在电介质内。铜与电介质之间存在一个阻挡层。Cu-CMP法的现有技术是一种两步法，即，首先用抛光淤浆抛光铜层，保证大量铜的去除。然后，采用第二抛光淤浆，旨在产生最终平面表面，具有抛光到光亮程度的电介质和镶嵌的连线。第一抛光步骤采用高选择性抛光淤浆，即，对铜的磨蚀速率尽可能高，而对底下阻挡层的材料，磨蚀速率则尽可能低。一旦露出铜层下面的阻挡层，抛光过程便自动停止。然后，在第二抛光步骤中去掉阻挡层。这一步采用对阻挡层具有高磨蚀速率的抛光淤浆。对铜的磨蚀速率小于或等于对阻挡层的磨蚀速率。从现有技术得知，氧化钛、氧化硅或氧化铝被用作第一抛光步骤的抛光淤浆中的磨料(例如参见，WO-A99/64527、WO-A99/67056、US-A5,575,837和WO-A00/00567)。包含氧化铝的抛光淤浆的缺点是它们的高硬度，这将导致晶片表面划痕数量的增加。此种效应可通过采用汽相法生产氧化铝而不采用熔融法来削弱。该方法产生一种由大量小的一次颗粒烧结在一起形成的形状不规则颗粒(聚集体)。汽相法也可用来生产二氧化钛或二氧化硅颗粒。原则上，棱角锐利的颗粒划痕作用比圆角、球形颗粒强。硅溶胶颗粒是单个的、未附聚或未聚集的、圆角、球形颗粒，表面带负电荷。它们是无定形的并且它们的密度低于二氧化硅颗粒，此乃由汽相法使然。因此，硅溶胶颗粒比较软。故此种硅溶胶颗粒的颗粒形状和柔软性意味着，它们提供生产不划伤软铜表面的抛光淤浆的最佳条件。从WO-A99/67056得知，可采用一种以铝酸根离子改性并以钠离子稳定化的硅溶胶。然而，高含量钠离子在集成电路化学机械抛光用抛光淤浆液相中，是不可心的。再有，EP-A 1000 995提出采用阳离子改性硅溶胶来抛光电介质结构，但不加任何氧化剂。未提到金属阻挡层之间的选择性。从以上现有技术中得知的抛光淤浆存在着一个共同缺点选择性，特别是金属阻挡层选择性，必须借助多种添加剂的组合来调节，例如，成膜剂或有机化合物，并且在氧化剂存在下仅由磨料和pH值预先确定的金属阻挡层选择性过低(＜20∶1)。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种基于硅溶胶的组合物，它比现有技术有改进并且适合金属和金属/电介质结构的化学机械抛光，具有大于或等于3000埃/分钟的高金属去除速率，和20∶1或更高的金属阻挡层选择性。令人惊奇的是，现已发现，这一目的可由一种组合物达到，该组合物包含作为磨料的表面带正电荷的硅溶胶以及氧化剂，并具有酸性pH值。因此，本专利技术的目的是一种组合物，该组合物包含2.5～70％(体积)硅溶胶，后者包含30wt％平均粒度介于12～300nm的阳离子改性二氧化硅；和0.05～22wt％至少一种氧化剂；其pH值介于2.5～6。就本专利技术而言，以下术语定义成立。术语金属包含元素钨、铝、铜、钌、铂和铱和/或其合金、碳化物和/或碳氮化物。术语电介质涵盖有机或无机电介质。有机电解质的例子是SilKTM(道化学公司)、聚酰亚胺、氟化聚酰亚胺、钻石状碳、聚芳基醚、聚亚芳基、聚对亚苯基二甲基N、甲基环戊烯醇酮(cyclotenes)、聚降冰片烯和聚四氟乙烯。无机电介质基于，例如，石英玻璃，作为主要成分。氟、磷、硼和/或碳可作为附加成分存在。这些电介质的传统名称例如是，FSG、PSG、BSG或BPSG，其中SG代表玻璃上旋涂。已知有各种制造方法可用于制造这些电介质层(例如参见，Peter Van Zant，第4版，McGraw-Hill，2000，pp.363～376和pp.389～391)。另外，硅倍半氧烷(silsesquioxanes)(HSQ、MSQ)被称作高度聚合的电介质且接近无机状态。术语“阻挡层”涵盖Ta、TaSi、TaSi、TaN、TaSiN、Ti、TiN、WN、WSiN、SiC、氧氮化硅、氧碳化硅，其中氧作为一种附加成分，氧碳氮化硅和/或Si3N4。可用于本专利技术组合物中的硅溶胶是一种阳离子改性溶胶，包含胶体硅溶胶的酸性水悬浮体，其二氧化硅颗粒在表面上带正电。此种表面改性可通过未改性硅溶胶与可溶性、三价或四价金属氧化物、金属氧氯化物、金属氢氧化物(oxyhydyate)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：L·普佩，G·帕辛，蔡明莳，
申请(专利权)人：拜尔公司，
类型：发明
国别省市：