平面化中的芯片内不均匀性（WID-NU）制造技术

本发明专利技术提供了用于屏障层应用的化学机械平面化(CMP)抛光组合物，特别是用于改善芯片内不均匀性(WID

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】平面化中的芯片内不均匀性(WID
‑
NU)
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利申请要求于2019年9月24日提交的美国临时专利申请序列号62/904861的优先权权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术介绍

[0003]本专利技术涉及用于生产半导体器件的屏障化学机械平面化(“CMP”)抛光组合物(或浆料)，以及用于进行化学机械平面化的抛光方法。特别地，本专利技术涉及适用于抛光图案化半导体晶片的屏障抛光组合物，所述图案化半导体晶片由多种类型的膜，例如金属层、屏障膜和下面的层间电介质(ILD)结构或图案化介电层)组成。
[0004]通常，屏障层覆盖图案化介电层并且金属层覆盖屏障层。金属层具有至少足够的厚度以用金属填充图案化沟槽而形成电路互连。
[0005]屏障层通常是金属、金属合金或金属间化合物，实例是含Ta或Ti的膜，如TaN、Ti、TiN或TiW等。屏障形成防止晶片内的层间迁移或扩散的层。例如，屏障防止互连金属如铜、钴或银扩散到相邻的电介质中。屏障材料必须能抵抗大多数酸的腐蚀，从而抵抗在用于CMP的流体抛光组合物中的溶解。此外，这些屏障材料可表现出抵抗通过CMP组合物中和来自固定的磨料垫的研磨磨料颗粒的去除的韧性。
[0006]关于CMP，该技术的当前状态涉及使用多步骤，例如两步工艺以实现局部和全局平面化。
[0007]在典型的CMP工艺的步骤1期间，通常去除如过覆盖铜层的金属层，同时在具有金属填充线、通孔和沟槽的晶片上留下光滑平面表面，所述金属填充线、通孔和沟槽向抛光表面提供电路互连平面。因此，步骤1倾向于去除过量的互连金属，例如铜或钴。然后，进行通常称为屏障CMP工艺的典型CMP工艺的步骤2，以去除图案化晶片表面上的屏障层和过量金属层以及其它膜，从而实现介电层上的表面的局部和整体平面化。
[0008]屏障层的化学机械平面化(CMP)是晶片镶嵌工艺的关键步骤。
[0009]芯片内不均匀性(WID
‑
NU)是图案晶片上的全局台阶高度变异(global step height variation)，其可能损害功能性芯片的性能。当各种不同结构之间图案密度的初始差异更显著时，WID
‑
NU更显著。
[0010]因此，需要制备具有较高去除速率，以及改善平面化，如具有更好的芯片内不均匀性(WID
‑
NU)，且更可靠、一致和均匀的CMP浆料。

技术实现思路

[0011]本专利技术提供具有更好的芯片内平面性(with
‑
die planarity)的稳定的CMP浆料。本文描述和公开了用于抛光的屏障CMP组合物、系统和方法。本文公开的组合物提供了改善的、更好的芯片内不均匀性(WID
‑
NU)。
[0012]在一个实施方案中，本文描述了一种屏障化学机械平面化抛光组合物，其包含：
[0013]磨料；
15s9；Tergitol
TM 15s7；Surfyol
TM 485、Surfyol
TM 465；Zetasperse
TM 179；及其组合。
[0039]腐蚀抑制剂的实例包括但不限于苯并三唑或苯并三唑衍生物，3
‑
氨基
‑
1,2,4
‑
三唑、3,5
‑
二胺
‑
1,2,4
‑
三唑及其组合；并且其量在约0.0001重量％至约2.0重量％；约0.0005重量％至约1.0重量％，或约0.001重量％至约0.5重量％的范围内。
[0040]水溶性溶剂的实例包括但不限于去离子水、极性溶剂以及去离子水和极性溶剂的混合物。极性溶剂可以是任何醇、醚、酮或其它极性试剂。极性溶剂的实例包括醇如异丙醇，醚如四氢呋喃和二乙醚，和酮如丙酮。
[0041]润湿剂的实例包括但不限于a)非离子表面润湿剂；b)阴离子表面润湿剂；c)阳离子表面润湿剂；d)两性表面润湿剂；及其组合；并且其量在约0.0001重量％至约10.0重量％；0.001重量％至约5.0重量％；0.005重量％至2.0重量％，或0.001重量％至1.0重量％的范围内。
[0042]速率增强剂可包括但不限于硅酸钾、硅酸钠、硅酸铵、硅酸四甲铵、硅酸四丁铵、硅酸四乙铵及其组合。
[0043]速率增强剂以约0.001重量％至约20.0重量％；0.01重量％至约15.0重量％，或0.1重量％至约10.0重量％范围内的量使用。
[0044]pH调节剂的实例包括但不限于(a)硝酸、硫酸、酒石酸、琥珀酸、柠檬酸、苹果酸、丙二酸、各种脂肪酸、各种多元羧酸及其组合以降低抛光组合物的pH；和(b)氢氧化钾、氢氧化钠、氨、氢氧化四乙铵、乙二胺、哌嗪、聚乙烯亚胺、改性聚乙烯亚胺及其组合以提高抛光组合物的pH；并且其量在约0.0001重量％至约5.0重量％；0.001重量％至约3.0重量％；0.01重量％至约2.0重量％的范围内；且抛光组合物具有约2至约12，优选约3至12，更优选约7至12，最优选约8至12的pH。
[0045]氧化剂的实例包括但不限于过氧化氢、高碘酸、碘酸钾、高锰酸钾、过硫酸铵、钼酸铵、硝酸铁、硝酸、硝酸钾、氨、胺化合物及其组合；并且其量在约0.05重量％至约10.0重量％；优选约0.2重量％至约2.0重量％的范围内。
[0046]合适的螯合剂包括但不限于有机酸及其盐；聚合酸及其盐；水溶性共聚物及其盐；在共聚物的同一分子中含有至少两种不同类型的选自羧酸基团、磺酸基团、磷酸和吡啶酸的酸基团的共聚物及其盐；聚乙烯基酸及其盐；聚环氧乙烷；聚环氧丙烷；吡啶、吡啶衍生物、联吡啶、联吡啶衍生物，及其组合。
[0047]螯合剂的实例包括但不限于柠檬酸钾、苯磺酸、4
‑
甲苯基磺酸、2,4
‑
二氨基
‑
苯磺酸、丙二酸、衣康酸、苹果酸、酒石酸、柠檬酸、草酸、葡糖酸、乳酸、扁桃酸、氨基酸、多羧基氨基酸、膦酸，其盐及其组合。
[0048]螯合剂以约0.001重量％至约10.0重量％；优选约0.05重量％至约10.0重量％；优选约0.05重量％至约5.0重量％；并且更优选0.01重量％至1.0重量％范围内的量使用。
[0049]除非另有说明，否则所有百分比均为相对于CMP组合物的总重量的重量百分比。
附图说明
[0050]图1为化学品A、化学品B和化学品C的石英晶体微天平(QCM)数据。
[0051]图2为化学品G、化学品H、化学品K和化学品N的石英晶体微天平(QCM)数据。
具体实施方式
[0052]本专利技术提供了具有较高屏障和ILD去除速率的稳定的CMP浆料。本文描述和公开了用于抛光的屏障CMP组合物、系统和方法。本文公开的组合物提高了屏障膜和ILD去除速率。
[0053]本文描述了抛光半导体衬底或器件的稳定的CMP浆料，所述半导体衬底或器件具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种屏障化学机械平面化(CMP)抛光组合物，其包含：磨料，其选自二氧化硅、氧化铝、二氧化铈、氧化锗、二氧化钛、氧化锆、胶体二氧化硅、氧化铝掺杂的胶体二氧化硅及其混合物；平面化剂；腐蚀抑制剂；水溶性溶剂；任选地润湿剂；速率增强剂；pH调节剂；氧化剂；以及螯合剂；其中所述平面化剂选自环氧乙烷、其聚合物、其衍生物；环氧丙烷、其聚合物、其衍生物；环氧丁烷、其聚合物、其衍生物；及其组合；所述抛光组合物具有2至12、3至12、7至12或8至12的pH。2.如权利要求1所述的屏障化学机械平面化抛光组合物，其中所述磨料为胶体二氧化硅且所述胶体二氧化硅具有10nm至300nm，优选20nm至200nm，并且更优选30nm至100nm的平均粒度。3.如权利要求1所述的屏障化学机械平面化抛光组合物，其中所述平面化剂选自乙醇，2
‑
[(1
‑
十二烷基环己基)氧基]
‑
；环状寡糖；聚(氧基
‑
1,2
‑
乙烷二基)、α
‑
(1
‑
壬基癸基)
‑
ω
‑
羟基
‑
；聚(氧基
‑
1,2
‑
乙烷二基)、α
‑
(1
‑
癸基环己基)
‑
ω
‑
羟基
‑
；乙醇，2
‑
(环十三烷氧基)
‑
；聚环氧乙烷，所述聚环氧乙烷具有10道尔顿至5百万道尔顿，或50道尔顿至1百万道尔顿范围内的分子量；聚环氧丙烷，所述聚环氧丙烷具有10道尔顿至5百万道尔顿，或50道尔顿至1百万道尔顿范围内的分子量；及其组合。4.如权利要求1所述的屏障化学机械平面化抛光组合物，其中所述平面化剂是具有10道尔顿至5百万道尔顿，或50道尔顿至1百万道尔顿范围内的分子量的聚合物。5.如权利要求1所述的屏障化学机械平面化抛光组合物，其中所述腐蚀抑制剂选自苯并三唑、3
‑
氨基
‑
1,2,4
‑
三唑、3,5
‑
二胺
‑
1,2,4
‑
三唑及其组合；并且所述腐蚀抑制剂以约0.0001重量％至约2.0重量％；约0.0005重量％至约1.0重量％，或约0.001重量％至约0.5重量％的量存在。6.如权利要求1所述的屏障化学机械平面化抛光组合物，其中所述水溶性溶剂选自去离子水、极性溶剂以及去离子水与极性溶剂的混合物；其中所述极性溶剂选自醇、醚和酮。7.如权利要求1所述的屏障化学机械平面化抛光组合物，其中所述润湿剂选自非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂及其组合。8.如权利要求1所述的屏障化学机械平面化抛光组合物，其中所述润湿剂选自炔属二醇表面活性剂、醇乙氧基化物表面活性剂及其组合；并且所述表面活性剂以0.0001重量％至10.0重量％；0.001重量％至5.0重量％；0.005重量％至2.0重量％，或0.001重量％至1.0重量％的量存在。
9.如权利要求1所述的屏障化学机械平面化抛光组合物，其中所述速率增强剂选自硅酸钾、硅酸钠、硅酸铵、硅酸四甲铵、硅酸四丁铵、硅酸四乙铵及其组合；并且所述速率增强剂以约0.001重量％至约20.0重量％；0.01重量％至约15.0重量％，或0.1重量％至约10.0重量％范围内的量使用。...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘露，J，
申请(专利权)人：弗萨姆材料美国有限责任公司，
类型：发明
国别省市：