化学机械抛光用研磨剂制造技术

一种用于抛光具有第一硬度的第一材料的浆料，其中该第一材料覆盖着一种具有第二硬度的第二材料并且第二硬度大于第一硬度，包括一种其硬度大于第一材料但小于第二材料的研磨剂。在本发明专利技术的一个具体实施方案中，以一种有硬度大于铜但小于铜扩散保护层的研磨剂的浆料对覆盖着铜保护层的铜进行抛光。氧化铁、钛酸锶、磷灰石、铁、黄铜、氟石、水合氧化铁和石青便是这些材料的例子，均它们比铜硬，但却比集成电路中一般用作铜保护层的材料要软。（*该技术在2020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】
技术介绍
专利
本专利技术涉及化学机械抛光(CMP)领域，更具体地讲，涉及金属化学机械抛光所用的浆料与方法。
技术介绍
半导体制造技术的进展已导致多级互连集成电路的开发。在这样的集成电路中，用比如二氧化硅材料膜，使一互连级上的模式导体材料同另一互连级上的模式导体材料电绝缘。这些导体材料一般是金属或金属合金。通过在绝缘层内开口并装上一导电结构，可使不同互连级的导体材料之间形成连接，这样便使不同互连级的模式导体材料彼此电连通。这些导电结构常常称之为接点或通道。半导体制造技术的进展还导致了百万计晶体管的集成，第一晶体管可以高速开关。将如此之多的快速晶体管结合到一块集成电路上；结果运作过程中电力消耗例增加。增加速度而同时降低电力消耗的一种方法是，以像铜那样电阻较低的金属，来代替集成电路上所见的传统的铝和铝合金互连线。那些在电工领域的技术人员了解，凭借减小电阻，电信号可通过集成电路的互连通道更加迅速地传播。此外，由于铜的电阻双铝的电阻小得多，与铝互连线比较，铜互连线的截面可以做成更小而不因其互连线电阻引起信号传播延迟的增加。此外，因为两个电节点间的电容乃为该两节点间重叠面积的函数，所以，使用较小的铜互连线导致寄生电容的减小。用这种方法，以铜互连线代替铝互连线，就确保电阻的减小，电容的减小，或这两者的减小，具体视所选用的尺寸而定。诚如以上所指明的，铜有电学上的优点，诸如单位截面的电阻较低、能确保寄生电容减小并有较强的抗电迁移性。由于所有这些理由，集成电路的制造厂商发现，把铜包括到其产品中是合乎需要的。尽管有电学上的优点，但将铜结合到制做集成电路的过程中去却并非易事。正如在本领域中所知道的，如果允许铜迁移或扩散至集成电路的晶体管区，那么铜就能损害金属氧化物半导体(MOS)场效应晶体管(FET)的性能。因此，必须利用铜扩散保护层把铜金属与晶体管区隔开。另外，不像由除去刻蚀法制得的铝基金属互连系统，铜互连一般由镶嵌金属法制得。这样的方法有时也称之为金属插入法。按铜镶嵌法，在一介电层内形成沟道，在该介电层包括沟道上形成一扩散保护层，并在该扩散保护层上形成一铜层。然后多余的铜被抛光除去，留下沟道中专用的铜互连线。除去多余的铜一般用化学机械抛光(CMP)来完成。保护层残留于介电层表面的部分一般也可用CMP来除去。尽管铜和部分铜扩散保护层可用CMP来除去，但这些材料一般都有不同的物理性质，它们倾向于形成适合抛光其中的一种材料而对抛光另一种材料并非最为合适的条件。因此，欲抛光比如铜和铜扩散保护层的复合层，就需有CMP方法、材料及装置。附图简述附图说明图1为铜镶嵌结构的截面示意图。这结构表示制作件镀覆后、抛光前的状态。图2为以本专利技术的浆料抛光后图1的铜镶嵌结构的截面示意图。图3为按照本专利技术抛光第一硬度的第一膜的处理操作流程图，此第一膜乃配置于硬度较大的第二膜之上。专利技术详述简单地说，一种用于抛光具有第一硬度的第一材料的浆料，其中第一材料覆盖着具有第二硬度的第二材料，并且第二硬度大于第一硬度，该浆料包括一种硬度大于第一材料但小于第二材料的研磨剂。这样的一种浆料也可用于较软材料覆盖着的一硬材料膜、而该硬材料膜本身又覆盖着一硬衬底的情况。如果本专利技术的研磨剂硬度策略对该硬衬底比对该硬材料膜提供更好的选择性，那么以本专利技术的浆料可以成功地将两种材料都从衬底除去。联系本专利技术的一个示范实施方案，对化学机械抛光铜的方法和浆料加以描述。在以下的描述中，列举了很多具体细节，以利于对本专利技术的理解。然而，本专利技术可以不同于这里所指定的装置与方法付诸实施，对于本领域中并从此公开内容中得益的那些技术人员来说，这将是显而易见的。专用名词专用名词如芯片、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，常常可在本领域中交换地使用。本专利技术可应用于本领域中通常理解的所有上述的元器件。专用名词金属线、金属痕迹、金属丝、导体、信号通道、信号发送介质全都是关联的。上列的这些关联专用名词通常可互换，并按由具体至一般的顺序出现。在本领域中，金属线有时称为痕迹、丝、互连线或简单地称为金属。专用名词接点与通道均指不同互连级导体的电连接结构。本领域中有时这些专用名词既用来描述绝缘层内的一个开孔，其中该结构尚待完成，又用来描述该完成的结构本身。为了这一公开内容，接点与通道系指已完成的结构。低介电常数材料这一表达系指具有比二氧化硅要低的介电常数的一种材料。这里所用的衬底系指有待借助CMP法来抛光的物体。衬底也可设想是圆片。圆片可由半导体、非半导体材料制得，或由半导体与非半导体材料的组合物制得。硅圆片可有不同材料在其上面形成的薄膜。这些薄膜可用CMP法加以抛光。其它的衬底材料诸如GaAs、蓝宝石上外延硅或绝缘体衬底硅(SOI)也可用CMP法进行抛光。图1给出一种铜镶嵌结构的截面图。如该图所示在一圆片表面上使介电夹层(IDL)按构图形成IDL102。IDL 102的厚度由图1的TIDLO表示。在该圆片暴露的表面以及IDL 102上形成铜扩散保护层104。可用不同材料作铜扩散保护层。铜扩散保护层的实例包括但不限于钽和氮化钽。一般说来，接着要在铜扩散保护层104上形成一铜籽晶层。然后，一般是借助镀覆，在扩散保护层104上形成一完整的铜层106。为集成电路制成而抛光铜的传统方法包括使用基于刚玉或硅石的浆料，一般pH为等于或小于7.5。像刚玉和硅石这样的研磨剂具有比铜大的硬度，其硬度也比钽和氮化钽这样的铜扩散保护层的硬度大。为铜的CMP而开发的浆料包含有两种主要组分提供机械作用(与抛光台和过程参数如压力相结合)的研磨剂，以及维持该过程pH、确立其还原氧化势、抑制腐蚀、改进选择性等的化学试剂。该研磨剂也可能通过表面电荷和表面功能团与化学试剂发生反应。众所周知，抛光可由流体磨损或电磁刻痕而发生。在后一种抛光机理中，研磨剂颗粒被拉经抛光表面，起基本上类似刀具的作用。在CMP过程中，磨损和刻痕兼而有之。究竟那一种机理为主导端视膜的属性、过程条件、化学组成以及抛光台而定。然而，对于硬的和相对惰性的膜，显然是以刻痕为主。研磨剂颗粒要刻痕膜的表面，它就必须比该膜硬。莫氏硬度是矿物业主要使用的相对硬度标度。按这一标度，如果第一种材料刻痕第二种材料，那么第一种材料就比第二种材料硬。例如，因为金刚石会刻痕玻璃，所以金刚石比玻璃硬。莫氏标度是用于刻痕模型的理想标度。按照本专利技术，将用于一种选择性浆料的研磨剂的硬度要比待抛光层的硬，但却比其终止层的软。从下面的表1可见，为抛光铜并终止于TaN、Ta或SiOF，应该使用一种莫氏硬度大于3.0和小于6.5的研磨剂。莫氏硬度乃为用于干材料的一种相对标度。CMP浆料为湿浆，因此浆料中的颗粒的硬度与其干值相比也许稍有不同。所以硬度为3.0-6.5只是一种近似。许多CMP应用要求抛光第一层材料而终止于由不同材料制成的底下的第二层。这个第二层有时称之为抛光终止层。为着这样的应用起见，已开发出主要集中于调整化学组成以满足这些要求的浆料。然而，本专利技术的实施方案实现这些目标的方法是，选择硬度介于待抛光层与抛光终止层之间的一种研磨剂浆料，并调节该浆料的机械而不是化学属性。铜抛光浆料所希望有的属性为高抛光率、低(或零)铜侵蚀率以及铜层与铜扩散保护层间的高选择性。另一方面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成互连的方法，包括：在一衬底上形成一介电层，该介电层中有沟道；在介电层的沟道内和外表面上形成一保护层；于该保护层上淀积金属；以一种包括比该金属硬但比该保护层软的研磨剂的浆料对该金属进行抛光。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 1999-12-28 09/473,3911.一种形成互连的方法，包括在一衬底上形成一介电层，该介电层中有沟道；在介电层的沟道内和外表面上形成一保护层；于该保护层上淀积金属；以一种包括比该金属硬但比该保护层软的研磨剂的浆料对该金属进行抛光。2.权利要求1的方法，其中该介电层包含一种硅的氧化物，而该保护层则是导电的。3.权利要求1的方法，其中介电层包含一种硅的氟化氧化物，而保护层则选自钽和氮化钽。4.权利要求1的方法，其中研磨剂具有约为3.5-6的莫氏硬度。5.权利要求4的方法，其中浆料的pH约为3.5-7。6.权利要求4的方法，其中浆料含有约为0.5-10重量％的研磨剂。7.权利要求1的方法，其中浆料含有一种包括H2O2的氧化剂。8.权利要求1的方法，其中抛光包括化学机械抛光。9.权利要求1的方法，其中介电层包含有SiOF，保护层包含有钽，淀积作用包括电镀，而研磨剂则包括一种或多种选自铁的氧化物、钛酸锶、磷灰石、透视石、铁、黄铜、氟石、水合氧化铁如石青的材料。10.权利要求9的方法，其中浆料的pH为3.5-。11.抛光覆盖在第二种膜上的第一种膜的方法，其中第二种膜比第一种膜硬，包括以包含有一种硬度大于第一种膜并小于第二种膜的研磨剂的一种浆料对第一种膜进行抛光。12.权利要求11的方法，其中第一种膜包含有铜，而第二种膜包含有选自钽和氮化钽的一种材料。13.权利要求12的方法，其中研磨剂包含有选自铁的氧化物、钛酸锶、磷灰石、透视石、铁、黄铜、氟石、水合氧化铁、石青及其组合的一种材料。14.权利要求13的方法，其中研磨剂约占该浆料的0.5-10重量％。15.一种浆料包括一种氧化剂；一种缓蚀剂；一种缓冲体系；一种研磨剂；其中，该浆料的特征在于，当用于化学机械抛光时，提供高的铜抛光速率，低的铜刻蚀率以及对铜扩散保护层的高选择性。16.权利要求15的浆料，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：KC卡迪恩，AD菲勒，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]