形成铜互连线的方法技术

一种铜抛光浆料可以通过将下列物质组合在一起而形成：螯合有机酸缓冲体系，如柠檬酸和柠檬酸钾；研磨剂，如胶体二氧化硅。这种铜抛光浆料在集成电路的制造中很有用，具体地说，在铜和铜扩散阻断层的化学机械抛光中很有用。另一种铜抛光浆料可通过进一步与氧化剂如过氧化氢，和／或腐蚀抑制剂如苯并三唑相组合而形成。按照本发明专利技术的浆料的优良性质包括：Ｃｕ的移除速率提高到＞３０００埃每分钟。与现有技术相比，在获得这一较高的抛光速率的同时维持了局部ｐＨ的稳定性，并显著减少了整体和局部腐蚀。局部ｐＨ的稳定能够减少晶片内部的不均一性并减少腐蚀缺陷。而且，铜扩散阻断层，如钽或氮化钽，也可利用不包括氧化剂在内的此类浆料进行抛光。（*该技术在2021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】
本专利技术一般地涉及化学机械抛光(CMP)领域，更具体地说，涉及用于提高金属抛光速率的方法和化学药品。
技术介绍
半导体制造技术的进展，导致了具有多层互连线(interconnect)的集成电路的发展。在此类集成电路中，一个互连层上的图形化导电材料与另一个互连层上的图形化导电材料之间，通过诸如二氧化硅之类的膜材料而保持电绝缘。这类导电材料通常是金属或金属合金。不同的互连层上的导电材料之间，通过在绝缘层中形成开口并提供导电结构而加以连接，从而使得位于不同互连层上的图形化导电材料之间能够保持电连接。这类导电结构通常是指触点(contact)或微通路(via)。半导体制造技术的其他进展，导致了数以百万计的晶体管的集成，其中的每一个晶体管都能够高速开关。将如此之多的能够快速开关的晶体管整合到一个集成电路中的后果是，运行过程中的能耗增加。一项能够在降低能耗的同时提高速度的技术是，将传统的用于集成电路的铝和铝合金互连线，替换为电阻更小的金属，例如铜。电气领域的熟练技术人员都知道，通过降低电阻，电信号会通过集成电路上的互连通路传播得更快。而且，由于铜的电阻要比铝的电阻小很多，因此，与铝互连线相比，铜互连线的横截面积可以更小一些，而不会导致基于互连线的电阻而产生的信号传播延迟的上升。此外，由于两个电节点之间的电容是节点之间正对面积的函数，因此，使用更小的铜互连线会使寄生电容减小。这样，将基于铝的互连线替换为基于铜的互连线(依赖于所选择的尺寸)，提供了更小的电阻、更小的电容或两者均有。如前所述，铜具有一些电学上的优点，例如更低的单位横截面积的电阻，提供更小的寄生电容的能力，以及更强的对电迁移的不敏感性。由于所有这些原因，集成电路制造商们发现，把铜包括在他们的产品中是很理想的。虽然铜具有一些电学上的优点，但是将铜整合到集成电路的制造过程中仍然很困难。本领域中已经公知，如果铜可以通过迁移或扩散进入集成电路的晶体管区域，那么铜就会对金属氧化物半导体(MOS)场效应晶体管(FET)的性能产生不利的影响。因此，必须使用铜扩散阻断层，以便将铜金属与那些晶体管区域隔离开来。此外，与通过减蚀工艺(subtractiveetch processes)制造的基于铝的金属互连系统不同，铜互连线通常是通过镶嵌金属工艺(damascene metal processes)制造的。此类工艺有时也称为嵌式金属工艺(inlaid metal processes)。在镶嵌工艺中，在第一层里形成沟槽，并且金属层形成于包含了沟槽的第一层之上。然后多余的金属被磨掉，在沟槽里留下单个的互连线。多余的铜通常是通过化学机械抛光除去的。虽然金属化镶嵌方法有很多已知的变化，但最常用的除去多余铜的方法是通过CMP。因此，需要CMP的方法、材料和装置，用以抛光诸如铜之类的导电材料。附图说明图1是一个铜镶嵌结构的横切面示意图。该结构表示制造过程中，电镀之后、抛光之前的状态。图2是一个流程图，示出了按照本专利技术在形成浆料的过程中的操作。图3是一个流程图，示出了按照本专利技术在抛光薄膜的过程中的操作。图4是一个流程图，示出了按照本专利技术在抛光薄膜的过程中的操作。具体实施例方式描述了。在下面的描述中给出了很多具体的细节，以便于理解本专利技术。但是，对于本领域的熟练技术人员而言，在阅读本公开材料之后，本专利技术显然可以通过那些与此处提供的示例性实例中所使用的装置和工艺不同的装置和工艺而实现。术语术语芯片、集成电路、单片器件、半导体器件或元件、微电子器件或元件以及类似的术语和表达方式，在本领域中通常可以互换使用。可以将上述的全部术语应用于本专利技术，因为在本领域中，它们一般都能被理解。RPM(也作rpm)是指每分钟的转数。此处的“一个实施例”、“某一实施例”或类似的提法，是指所描述的与该实施例有关的一个具体的特征、结构或性质被包括在本专利技术的至少一个实施例中。因此，此处出现的此类短语或提法，并不一定都是指同一个实施例。而且，不同的具体特征、结构或性质，可以在一个或多个实施例中以任何恰当的方式组合起来。概述对于半导体工业而言，与用于集成电路的导电互连线的形成有关的铜金属层的抛光，正变得越来越重要。铝金属化通常是通过减金属蚀刻(subtractive metal etch)形成于集成电路上的，与铝金属化不同，铜互连线通常是通过镶嵌或嵌式金属工艺形成的。此类工艺要求将多余的铜除去，通常是通过化学机械抛光除去。在现有技术中，用于铜的化学机械抛光的几种浆料存在一些与之相关的问题。例如，现有技术中一种基于硬质研磨剂(例如Al2O3)的此类浆料，易于产生过多的划痕，并且气味难闻。在现有技术的另一个例子中，一种铜抛光浆料里含有丙酸和二氧化硅研磨剂，但在腐蚀、划痕和气味方面的性质令人不满意。按照本专利技术的一种示意性铜抛光浆料，可以通过将下列物质组合在一起而制得一种螯合有机酸缓冲体系，例如柠檬酸和柠檬酸钾；一种研磨剂，例如胶体二氧化硅；以及一种氧化剂，例如过氧化氢(H2O2)。按照本专利技术的另一种铜抛光浆料，可以通过进一步与一种腐蚀抑制剂例如苯并三唑(BTA)组合而形成。按照本专利技术的浆料的优良性质包括Cu的移除速率提高到了＞3000埃每分钟。而且，与现有技术中的铜抛光浆料相比，在获得这一较高的抛光速率的同时，维持了局部pH的稳定性，并显著减少了整体和局部腐蚀。本领域的熟练技术人员可以理解，局部pH的稳定能够减少晶片内部的不均一性，并减少腐蚀缺陷。浆料按照本专利技术的浆料，包括用于提高金属CMP系统的抛光速率的缓冲体系。这些浆料是通过将一种螯合有机酸缓冲体系例如柠檬酸和柠檬酸钾，与一种研磨剂例如胶体二氧化硅组合而形成的。如果待抛光的金属是铜或铜合金，那么应该在浆料混合物中加入一种氧化剂，例如过氧化氢。本领域的熟练技术人员可以理解，这些成分的组合可以在任何适当的容器中进行，并且可以包括混合。而且，这些成分可以在容器外部进行组合，例如在抛光盘上。专利技术的另一种浆料，可以通过将上述物质进一步与腐蚀抑制剂，例如苯并三唑，进行组合而制得。此类浆料在用于抛光铜和铜扩散阻断层时特别有用。按照本专利技术的一种示意性的用于化学机械抛光的浆料，其pH约为3.8，包括SiO2研磨剂、H2O2氧化剂、苯并三唑腐蚀抑制剂以及柠檬酸/柠檬酸钾缓冲体系。通常要将这些成分与水组合，以形成浆料。本领域的熟练技术人员可以理解，该浆料是这些成分的混合物，在这些成分之间可能会发生各种化学反应，浆料里可能含有这些成分的各种混合物和反应产物，包括但不限于，络合物和解离的离子。也就是说，按照本专利技术，通过组合或混合这些成分而制得的浆料，在平衡状态下或在可能对其施加的其它条件下将含有由于这些成分的组合而产生的化学组分。所要注意的是按照本专利技术的浆料的pH范围在3到6之间。在一种具体的示例性浆料中，柠檬酸/柠檬酸钾缓冲体系是通过在浆料混合物中加入约3g/l的柠檬酸和约3g/l的柠檬酸钾而获得的。一种适合在本专利技术的实施例中使用的研磨剂是沉淀SiO2。在此行业中，沉淀SiO2有时也称为胶体，但从技术上讲，胶体这个词并不是对此种材料的准确描述。这种示例性浆料可以含有按重量计5％的二氧化硅，例如Klebesol 1498-50(可从Rodel公司获得，3804 East Watkin本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成铜互连线的方法，包含：　　　　在至少一个镶嵌结构中形成铜扩散阻断层；　　　　在阻断层上形成铜层；　　　　使用包含螯合有机酸缓冲体系、胶体二氧化硅和氧化剂的浆料，通过化学机械抛光除去铜层的一部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2000-11-16 09/715,2821.一种形成铜互连线的方法，包含在至少一个镶嵌结构中形成铜扩散阻断层；在阻断层上形成铜层；使用包含螯合有机酸缓冲体系、胶体二氧化硅和氧化剂的浆料，通过化学机械抛光除去铜层的一部分。2.按照权利要求1所述的方法，其中所述的氧化剂包含过氧化氢。3.按照权利要求2所述的方法，其中所述的螯合有机酸缓冲体系包含柠檬酸和柠檬酸钾。4.按照权利要求3所述的方法，其中所述的浆料还包含腐蚀抑制剂。5.按照权利要求4所述的方法，其中所述的腐蚀抑制剂包含苯并三唑。6.一种形成铜互连线的方法，包含在其中具有至少一个沟槽的基片上形成阻断层；在阻断层的表面上形成铜种层；在阻断层和种层上形成铜层；使用第一种包含螯合有机酸缓冲体系、胶体二氧化硅和氧化剂的浆料，通过化学机械抛光除去铜层的一部分；及使用第二种包含螯合有机酸缓冲体系和胶体二氧化硅的浆料，通过化学机械抛光除去阻断层的一部分；其中所述的第二种浆料不含氧化剂。7.按照权利要求6所述的方法，其中所述的阻断层包含钽。8.按照权利要求7所述的方法，其中所述的螯合有机酸缓冲体系包含柠檬酸和柠檬酸钾。9.按照权利要求8所述的方法，其中所述的氧化剂包含过氧化氢。10.按照权利要求9所述的方法，其中所述的第一种浆料还包含腐蚀抑制剂。11.按照权利要求10所述的方法，其中所述的第一种浆料的pH范围为3到6，并且腐蚀抑制剂包含苯并三唑。12.一种通过包含如下操作的工艺所生产的浆料将柠檬酸、柠檬酸钾、二氧化硅、过氧化氢和苯并三唑组合在一起。13.按照权利要求12所述的工艺生产的浆料，其中柠檬酸的浓度约为3g/l，柠檬酸钾的浓度约为3g/l，二氧化硅的浓度...

【专利技术属性】
技术研发人员：肯尼思C卡迪恩，安妮E米勒，艾伦D费勒，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]