用于铜/钽基材的化学机械抛光浆料制造技术

公开了一种包括：磨料、氧化剂、配合剂、成膜剂和有机氨化合物的第一种化学机械抛光浆料；和包括磨料、氧化剂和乙酸且其中氧化剂与乙酸的比例至少为１０的第二种抛光浆料，还公开了用第一和第二种抛光浆料顺序抛光含铜和含钽或氮化钽或钽和氮化钽两种的基材的方法。（*该技术在2019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】用于铜/钽基材的化学机械抛光浆料专利
本专利技术涉及一种当连续使用时可抛光包括铜部分和钽部分的基材的化学机械抛光浆料。本专利技术包括含一种磨料、一种氧化剂、一种配合剂、和至少一种有机氨化合物的第一种化学机械抛光浆料。本专利技术还包括含一种磨料、一种氧化剂和一种配合剂且其中氧化剂和配合剂的重量比大于15的第二种化学机械抛光浆料。本专利技术还包括用第一和第二种化学机械抛光浆料连续抛光包括铜部分和钽部分的基材的方法。现有技术的描述集成电路由在硅基材上或硅基材内形成的数百万个活化元件构成。这些开始时相互分离的活化元件互连形成功能电路和部件。这些元件通过使用公知的多层互连件互连。互连结构通常具有第一层金属化的互连层、第二种层金属化层、和某些时候第三层和随后的金属化层。层间界电质如掺杂和不掺杂二氧化硅或低κ电介质氮化钽用于电隔离不同金属化量的硅基材或阱(well)。不同互连层之间的电连接通过使用金属化的通路进行。US5,741,626(这里作为参考引入)描述了制备介电氮化钽层的方法。在类似方法中，金属接触用于形成在阱中形成的互连层和元件之间的电连接。金属通路和触点可填充各种金属和合金，包括钽(Ti)、氮化钽(TiN)、钽(Ta)、铝-铜(Al-Cu)、硅铝(Al-Si)、铜、钨(W)和其组合。这些金属通路和触点通常使用粘结层如氮化钽(TiN)、钛(Ti)、钽(Ta)、氮化钽(TaN)或其组合，由此将金属层与SiO2基材连接。在接触层，粘结层起到扩散阻挡的作用以防止填充的金属与SiO2反应。在一个半导体制造方法中，金属通路或触点通过均厚金属沉积接着进行化学机械抛光(CMP)进行。在一典型方法中，经层间电介质(ILD)至互连线路或半导体基材蚀刻出通路孔。接着通常在ILD上形成薄粘结层如氮化钽和/或钽，该粘结层直接连接于蚀刻通路孔。然后将金属膜均厚沉积于粘结层上和蚀刻通路孔内。继续进行沉积直至通路孔填充均厚沉积金属为止。最后，通过化学机械抛光(CMP)除去过量的金属形成金属通路。制造和/或CMP通-->路的方法公开于US 4,671,851、4,910,155和4,944,836中。在典型的化学机械抛光方法中，将基材直接与旋转抛光垫接触。用一载重物在基材背面施加压力。在抛光期间，垫片和操作台旋转，同时在基材背面上保持向下的力。在抛光期间将磨料和化学活性溶液(通常称为“浆料”)涂于垫片上。该浆料通过与正在抛光的薄膜化学反应开始抛光过程。在硅片/垫片界面涂布浆料下通过垫片相对于基材旋转运动促进抛光过程。按此方式连续抛光直至除去绝缘体上所需的薄膜。浆料组合物在CMP步骤中一种重要的因素。可根据选取的氧化剂、磨料和其它合适的添加剂调节浆料，以按所需的抛光速率提供有效抛光，同时将表面缺陷、磨蚀和磨耗降至最低。此外，抛光浆料可用于提供对目前集成技术中所用的其它薄薄膜材料如钽、氮化钽、钽、氮化钽等的控制抛光选择性。CMP抛光浆料通常含磨料，如悬浮于含水氧化介质中的二氧化硅或氧化铝。例如，Yu等人的US5,244,523报道含氧化铝、过氧化氢和氢氧化钾或氢氧化铵的浆料，该浆料可用于以预期速率在很少除去底层绝缘层下除去钨。Yu等人的US5,209,816公开了可用于抛光铝的包括在水介质中的高氯酸、过氧化氢和固体磨料的浆料。Cadien等的US5,340,370公开了钨抛光浆料，包括约0.1M铁氰化钾、约5重量％的二氧化硅和乙酸钾。加入乙酸使pH缓冲至约3.5。Beyer等人的US4,789,648公开了用氧化铝磨料与硫酸、硝酸和乙酸及去离子水的浆料配料。US5,391,258和5,476,606公开了用于抛光金属与二氧化硅复合物的浆料，该浆料包括含水介质、磨料颗粒和控制二氧化硅除去速率的阴离子。用于CMP的其它抛光浆料描述于Neville等人的US5,527,423、Yu等人的US5,354,490、Medellin等人的US5,157,876、Medellin等人的US5,137,544和Cote等人的US4,956,313中。现有技术中公开了许多用浆料抛光金属表面的机理。金属表面可用一种浆料抛光，这种浆料在用机械除去浆料中的金属粒子和其溶解物的处理时不会形成表面膜。在这种机理中，不应降低化学溶解速率来避免湿侵蚀。然而，更优选的机理是通过金属表面和浆料中的一种或多种组分如配合剂和/或成膜剂反应连续形成薄的可磨损层。然后通过机械作用以受控的方式除去该磨损层。当机械抛光处理停止时薄钝化膜留在其表面并控制湿侵蚀处理。当用这种机理的CMP浆料抛光时更容易控制化学机械抛光处理。-->目前用化学机械抛光的含铜基材也用Ta和TaN粘合剂层。Ta和TaN十分化学钝化且机械很硬，由此难以抛光除去。使用具有高Cu∶Ta选择性的单一浆料需要对Ta延长的抛光时间，即对铜明显的过抛光时间，这期间明显降低了耐破坏(dishing)和腐蚀性能。公开文献中讨论了几种相关Cu的化学，但每一种都没有提供成功解决用于包括铜和钽的基材的化学机械抛光浆料所有关键要求的方法。结果，需要一种或多种可成功用于抛光含铜和钽基材的CMP浆料。专利技术概述本专利技术涉及一种能选择抛光含铜和钽或氮化钽基材的铜部分的第一种化学机械抛光浆料。本专利技术还涉及一种能选择抛光含铜和钽和/或氮化钽基材的钽和/或氮化钽部分的第二种化学机械抛光浆料。此外，本专利技术还涉及用第一和第二种化学机械抛光浆料连续抛光包括铜部分和钽和/或氮化钽部分的基材的方法。本专利技术的另一方面是第一和第二种化学机械抛光浆料前体，该前体无氧化剂并在使用前与氧化剂单独组合来制得可用的CMP浆料。本专利技术是第一种化学机械抛光浆料。该第一种化学机械抛光浆料包括至少一种磨料、至少一种氧化剂、至少一种配合剂和至少一种有机氨化合物。第一抛光浆料的一个优选实施方案是包括氧化铝、至少一种氧化剂、酒石酸、苯并三唑和至少一种有机氨化合物的组合物。本专利技术还包括含至少一种磨料、至少一种氧化剂和乙酸的且其中氧化剂和乙酸的重量比大于约10的第二种化学机械抛光浆料。第二种化学机械抛光浆料的一个优选实施方案是包括氧化铝水分散液、过氧化氢、约0.01-约3.0％重量乙酸和约0.01-约0.2％重量苯并三唑且其中氧化剂与乙酸的重量比大于约10、其中浆料的pH为约4-约9的组合物。本专利技术也为一种抛光含铜部分和选自钽或氮化钽部分的基材的方法。该方法包括把抛光通过将包括至少一种磨料、至少一种氧化剂、至少一种配合剂和至少一种有机氨化合物的第一含水化学机械抛光浆料涂于基材上。并通过垫片与基材接触和使垫片相对于基材运动，除去一部分铜以得到部分抛光的基材。把第二种化学机械抛光浆料涂于部分抛光的基材上。第二种化学机械抛光浆料包括含至少一种磨料、至少一种氧化剂和乙酸的且其中氧化剂和-->乙酸的重量比大于约10。通过垫片与基材接触和使垫片相对于基材运动，除去至少一部分钽或氮化钽以得到抛光的基材。本专利技术实施方案的详细描述本专利技术涉及两种化学机械抛光浆料和用这两种浆料以可接受的速率且几乎没缺陷的连续抛光含铜部分和钽或氮化钽部分的基材的方法。除了组合使用来抛光含铜和钽基材外，第一种化学机械抛光浆料可用来抛光含铜或铜合金的基材，第二种化学机械抛光浆料可用来抛光含钽或氮化钽基材。在详细描述本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化学机械抛光浆料前体，包括： 至少一种磨料； 乙酸；和至少一种成膜剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 1998-6-26 09/105,0651．一种化学机械抛光浆料前体，包括：至少一种磨料；乙酸；和至少一种成膜剂。2．权利要求1的化学机械抛光浆料前体，其中乙酸的量为约0.01-约3.0％重量。3．权利要求1的化学机械抛光浆料前体，其pH为约4-约9。4．权利要求1的化学机械抛光浆料前体，其中该成膜剂为苯并三唑。5．权利要求4的化学机械抛光浆料前体，包括约0.01-约0.5％重量的苯并三唑。6．权利要求5的化学机械抛光浆料前体，其中磨料为至少一种氧化剂。7．含有权利要求1的化学机械抛光浆料前体和至少一种氧化剂的化学机械抛光浆料。8一种化学机械抛光浆料，包括：至少一种磨料；至少一种氧化剂；和乙酸，其中氧化剂与乙酸的比例大于约10。9．权利要求8的化学机械抛光浆料，包括成膜剂。10．权利要求9的化学机械抛光浆料，其中该成膜剂为苯并三唑。11．权利要求9的化学机械抛光浆料，包括约0.01-约0.5％重量的苯并三唑。12．权利要求8的化学机械抛光浆料，其中乙酸的量为约0.01-约3.0％重量。13．权利要求8的化学机械抛光浆料，其pH为约4-约9。14．权利要求8的化学机械抛光浆料，其中该磨料为至少一种金属氧化物。15．权利要求14的化学机械抛光浆料，其中其中金属氧化物磨料选自氧化铝、氧化铈、氧化锗、氧化硅、氧化钛、氧化锆及其混合物。16．权利要求8的化学机械抛光浆料，其中磨料为金属氧化物的水分散体。17．权利要求16的化学机械抛光浆料，其中金属氧化物磨料由尺寸分布低于约1.0μm和平均聚集体直径低于约0.4μm的金属氧化物聚集体组成。18．权利要求17的化学机械抛光浆料，其中金属氧化物磨料由具有初始粒径低于0.400μm和表面积约10m2/g至约250m2/g的分离的各金属氧化物球组成。19．权利要求8的化学机械抛光浆料，其中金属氧化物磨料选自沉淀金属氧化物磨料或煅制金属氧化物磨料。20．权利要求8的化学机械抛光浆料，其中该磨料为氧化铝的水分散体。21．一种化学机械抛光浆料，包括：至少一种磨料；至少一种氧化剂；乙酸；和至少一种成膜剂，其中氧化剂与配合剂的重量比大于约10，且该浆料的pH为约4至约9。22．权利要求21的化学机械抛光浆料，包括约0.01-约0.2％重量的苯并三唑。23．权利要求21的化学机械抛光浆料，其中磨料为金属氧化物的水分散体。24．权利要求23的化学机械抛光浆料，其中氧化铝在浆料中的量为约0.5-约15.0％重量。25．权利要求21的化学机械抛光浆料，其中氧化剂为过氧化氢。26．一种化学机械抛光浆料，包括：氧化铝的水分散体；过氧化氢；约0.01-约3.0％重量的乙酸；约0.01-约0.5％重量的苯并三唑，其中该浆料包括约0.5-约15.0％重量的氧化铝，其中氧化剂与乙酸的重量比大于约10，且该浆料的pH为约4至约9。27．权利要求26的化学机械抛光浆料，其中氧化剂与乙酸的重量比大于约25。28．一种抛光含铜部分和Ta部分的基材的方法，包括：将包括至少一种磨料、至少一种氧化剂、至少一种配合剂和至少一种有机氨化合物的第一种含水化学机械抛光浆料涂于含铜部分和钽部分的基材上；通过垫片与基材接触和使垫片相对于基材运动，从该基材上除去一部分铜以得到含有铜部分和钽部分的部分抛光的基材；把第二种化学机械抛光浆料涂于部分抛光的基材上，第二种化学机械抛光浆料...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗拉斯塔B考夫曼，罗德尼C基斯特勒，王淑敏，
申请(专利权)人：卡伯特微电子公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]