铜基材料表层的机械化学抛光方法技术

一种使用抛光组合物对铜基材料表层的机械化学抛光方法，其特征在于所述抛光组合物包括彼此未以硅氧链连接的单个胶体二氧化硅颗粒的一种水悬浮液，其平均粒度在１０－１００ｎｍ之间，且水悬浮液的ｐＨ在１－５之间。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，具体涉及形成集成电路的互连通道。半导体互连通道一般通过平版印刷成大约1μm厚的铝膜然后通过反应性离子刻蚀来制备。随后用介电薄层最常用氧化硅将其包封而得到，所述氧化硅例如通过原硅酸四乙酯(TEOS)的气相分解得到。每单位面积三极管数目的增加，也叫作集成密度，必须减少互连通道的宽度。这就导致增大这些互连通道以及电迁移电阻的现象。铜覆盖铝的优点是对电迁移得到良好的电阻。其比电阻比铝的低。因此铜可以代替铝作为集成电路的互连通道结构。目前，难于在铜内通过反应性离子刻蚀(RIE)来刻蚀互连通道。在铜内规划互连通道的镶嵌方法是目前公知最好的方法。镶嵌方法由基体上沉积氧化硅介电层构成。例如通过气相沉积TEOS得到这种介电层。介电层一般有大约2μm厚度。然后通过照相平版印刷将设计的互连电路转印在这种介电层上，再进行反应性离子刻蚀(RIE)。这种刻蚀一般要形成大约一个μm深度的沟槽。随后在介电层上一般沉积大约100nm厚的扩散阻挡层。这种扩散阻挡层可防止铜在介电材料内扩散。扩散阻挡层通常包括钛或氮化钛(TiN)。之后沉积大约2μm厚的铜基材料表层。铜基材料可以是元素铜或铜合金，特别是Cu-Si，Cu-Al，Cu-Si-Al或Cu-Ag。铜基材料必须用机械化学抛光，直至达到氧化硅介电层的表面。因此，铜基材料仅仅保留在沟槽内。附图说明图1和图2说明镶嵌方法。具体言之，图1表示机械化学抛光前集成电路互连通道的截面部分。这种截面部分包括已刻蚀沟槽4的介电材料内的表层1。在表层1上沉积扩散阻挡层构成的表层2，这种表层2自身被铜基材料的表层3覆盖。图2表示机械化学抛光后同样的集成电路互连通道的截面部分，后者是以一种理想方式进行的。进行铜基表层的机械化学抛光必须注意避免两种现象-对下面氧化硅表层的破坏一般记作磨蚀现象。其结果是局部引入棱边，它是不利于产生所要求平面化。-沟槽内互连通道的过分抛光一般记作“形成凹坑”现象。这种现象也会导致引入棱边，而且减少互连通道的厚度，其结果则降低它的传导性。图3和图4可说明上述两种现象。具体言之，图3表示抛光后有磨蚀现象的图1集成电路的互连通道截面部分。图4表示抛光后有形成凹坑现象的图1集成电路的互连通道截面部分。磨蚀和形成凹坑两种现象主要由于铜基材料不均匀抛光所至。事实上，抛光消除铜基表层必须要有一定的过分抛光，以便避免电子器件之间电连接的所有风险。这就导致一种互连通道和还未覆盖介电区域的过分抛光。在US5622525中，提供一种对铜或主要含铜合金的抛光方法，其中使用一种抛光组合物，包括一种胶体二氧化硅颗粒在碱性溶液中的悬浮液、去离子水和化学活性剂。二氧化硅颗粒的平均粒度在20-50nm之间。US5575885叙述一种铜或铜合金薄膜的抛光溶液，包括一种选自氨基乙酸和氨基磺酸的有机酸、一种例如过氧化氢或次氯酸钠的氧化剂和水。该抛光溶液还另外包括研磨颗粒，选自二氧化硅，二氧化锆，铈和铝的氧化物。这些研磨颗粒的平均粒度在20-100nm之间。这些碱性溶液有中性pH或优选在9-14之间的碱性pH。EP-A-0747939叙述另一种铜或铜合金的抛光组合物。该抛光组合物包括能与铜形成配合物的水溶性有机酸，研磨抛光颗粒和水。该研磨颗粒选自二氧化硅，氧化锆，铈和铝的氧化物；其平均粒度在20-100nm之间。铜或铜合金的抛光方法通常造成低劣的抛光均匀性，特别是与碱性研磨剂使用时。因此，本专利技术第一个目的是提供一种机械化学抛光方法，该方法可以均匀规则地消除铜基材料。本专利技术另一个目的是提供一种在集成电路的铜基材料内产生互连的方法，能避免磨蚀和形成凹坑的现象。本专利技术还一个目的是提供一种用于抛光铜或铜合金材料的胶体二氧化硅基抛光组合物。因此，本专利技术涉及一种使用抛光组合物的机械化学抛光铜基材料的方法，其特征在于所述抛光组合物包括彼此未以硅氧键连接的单个胶体二氧化硅颗粒的一种水悬浮液，其平均粒度在10-100nm优选25-50nm之间，且水悬浮液的pH在1-5之间。本专利技术人注意到，通过使用以下抛光组合物，即包括彼此未以硅氧键连接的单个胶体二氧化硅颗粒的一种水悬浮液，其平均粒度在10-100nm优选25-50nm之间，且水悬浮液的pH在1-5之间的组合物，可以在铜表层抛光速度、抛光均匀性百分比和令人满意的表面状态之间得到一种优异的均衡。本专利技术方法使用的胶体二氧化硅酸性水悬浮液，既可从碱性硅酸盐特别是硅酸钠或硅酸钾得到又可从硅酸乙酯得到。这种方法更具体详述见K.K.Iler在“二氧化硅化学”一书第9章p331-343，WileyInterscience出版社，1979。按照该方法得到的胶体二氧化硅颗粒以彼此未以硅氧键连接的单个颗粒形式存在。胶体二氧化硅颗粒悬浮液的pH优选在2-3.5之间。根据本专利技术优越性的一个方面，胶体二氧化硅颗粒的平均粒度在10-100nm优选25-50nm之间，最优选35nm。根据本专利技术优越性的另一方面，胶体二氧化硅颗粒是“均匀分布”的。应当了解这个术语在本专利技术范围内是指80％优选90％的胶体二氧化硅颗粒具有相同的检测粒度，误差10％，优选5％。举例说明，粒度35nm均匀分布的胶体二氧化硅颗粒由至少80％优选90％的具有35±3.5nm优选35±1.7nm粒度的颗粒构成。本专利技术范围内使用的抛光组合物包括多于20wt％优选30-40wt％的胶体二氧化硅颗粒。尽管通过水内仅包括胶体二氧化硅悬浮的抛光组合物可得到非常良好的抛光效果，并未规定该组合物不能含有抛光铜基材料通常使用的其它化合物。这些化合物具体包括诸如过氧化氢的氧化剂或有机酸，特别是配合铜的有机酸，如US5575885和EP-A-747939所列举的有机酸。另一方面，本专利技术涉及在集成电路的铜基材料内制备互连通道的方法，按照如下步骤进行-在基体上沉积氧化硅介电层，-在介电层表面上刻蚀互连电路的沟槽，-如果需要，在介电层上沉积扩散阻挡层，-在介电层或者如果需要在扩散阻挡层上沉积铜基材料层，-通过机械化学抛光对基于含铜材料的表层抛光，该方法特征在于通过抛光组合物进行铜基材料的机械化学抛光，组合物包括彼此未以硅氧键连接的单个胶体二氧化硅颗粒的一种悬浮液，所述颗粒平均粒度在10-100nm优选25-50nm之间，且水悬浮液的pH在1-5优选2-3.5之间。本文详述中，铜基材料由元素铜或选自如下一组的合金构成Cu-Si，Cu-Al，Cu-Si-Al或Cu-Ag。下面实施例的目的是简单说明本专利技术。这些实施例中，使用的插件已沉积大约1μm厚的铜层。然后在PRESI M550型抛光机上按照如下条件抛光铜层施加压力0.25daN/cm2(1 daN/cm2＝105Pa)盘速度 30rpm头速度 30rpm温度20℃研磨速率250cm3/mn织物IC 1400K带皱纹的Rodel产品进行以下三种类型的试验a)抛光组合物对铜层的磨蚀速度试验。通过铜板抛光前和每分钟抛光后不同厚度来测量其磨蚀速度，用/min表示。b)抛光磨蚀均匀性试验(U)从试样板不同位点的铜厚度差异测量磨蚀均匀性。根据同样铜板抛光前后铜层的测量用下面公式计算U＝((最大厚度-最小厚度)/2×去除的平均厚度)×100该公式中，通过测量铜层在处理后49个不同位点厚度来决定最大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜基材料表层的机械化学抛光方法，该材料在半导体电子工业用作构成集成电路互连通道的材料，其特征在于所述抛光组合物包括彼此未以硅氧键连接的单个胶体二氧化硅颗粒的一种水悬浮液，其平均粒度在１０－１００ｎｍ之间，且水悬浮液的ｐＨ在１－５之间。

【技术特征摘要】
FR 1998-7-31 98098731.一种铜基材料表层的机械化学抛光方法，该材料在半导体电子工业用作构成集成电路互连通道的材料，其特征在于所述抛光组合物包括彼此未以硅氧键连接的单个胶体二氧化硅颗粒的一种水悬浮液，其平均粒度在10-100nm之间，且水悬浮液的pH在1-5之间。2.根据权利要求1的方法，其特征在于所述pH在2-3.5之间。3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于胶体二氧化硅颗粒的平均粒度在25-50nm之间。4.根据权利要求1-3的任一项的方法，其特征在于单个胶体二氧化硅颗粒的平均粒度是大约35nm。5.根据权利要求1-4的任一项的方法，其特征在于胶体二氧化硅颗粒是均匀分散的。6.根据权利要求1-5的任一项的方法，其特征在于悬浮液包括大于20wt％的胶体二氧化硅颗粒，优选30-40wt％的胶体二氧化硅颗粒。7.根据权利要求1-6的任...

【专利技术属性】
技术研发人员：E扎奎诺特，P莱托尔尼尤，M瑞沃里，
申请(专利权)人：科莱恩法国公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]