低凹陷铜化学机械平面化制造技术

公开了铜化学机械平面化(CMP)抛光制剂、方法和系统。该CMP抛光制剂包含特定形态和平均粒度(≤100nm、≤50nm、≤40nm、≤30nm或≤20nm)的磨料颗粒、至少两种或更多种氨基酸、氧化剂、腐蚀抑制剂和水。腐蚀抑制剂和水。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】低凹陷铜化学机械平面化
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年9月30日提交的美国临时申请62/907,912的优先权，为了所有允许的目的，其全部内容在此引入作为参考。

技术介绍

[0003]本专利技术一般涉及半导体晶片的化学机械平面化(CMP)。更具体地，本专利技术涉及用于CMP含铜(Cu)衬底的低凹陷制剂。CMP抛光制剂、CMP抛光组合物或CMP抛光浆料在本专利技术中是可互换的。
[0004]由于其低电阻率、高可靠性和可扩展性，铜是用于制造集成电子器件的互连金属的当前选择材料。铜化学机械平坦化工艺对于从嵌入的沟槽结构去除铜覆盖层是必要的，同时以低金属损失实现整体平面化。
[0005]随着技术节点的发展，减少金属凹陷和金属损失的需要变得越来越重要。任何新的抛光制剂也必须保持高去除速率、对阻挡材料的高选择性和低缺陷率。
[0006]用于铜CMP的CMP抛光制剂已公开于现有技术中，例如，在US20040175942、US6773476、US8236695和US9978609B2中。
[0007]本专利技术公开了为满足先进技术节点的低凹陷和高去除速率的挑战性要求而开发的本体铜CMP抛光制剂。

技术实现思路

[0008]在一个方面，本专利技术提供一种铜化学机械平面化(CMP)抛光制剂，其包含：
[0009]磨料颗粒，
[0010]至少两种氨基酸，
[0011]氧化剂，
[0012]腐蚀抑制剂，
[0013]以及
>[0014]液体载体。
[0015]在另一方面，本专利技术提供一种化学机械平面化抛光含铜半导体衬底的方法，其包括以下步骤：
[0016]提供具有含铜表面的半导体衬底；
[0017]提供抛光垫；
[0018]提供化学机械平面化(CMP)抛光制剂，其包含：
[0019]磨料颗粒，
[0020]至少两种氨基酸，
[0021]氧化剂，
[0022]腐蚀抑制剂，
[0023]和
[0024]液体载体；
[0025]使半导体衬底的表面与抛光垫和化学机械平面化(CMP)抛光制剂接触；以及
[0026]抛光所述半导体的表面；
[0027]其中该含铜表面的至少一部分与抛光垫和化学机械平面化(CMP)抛光制剂两者接触。
[0028]在又一方面，本专利技术提供一种化学机械平面化抛光系统，其包含：
[0029]具有含铜表面的半导体衬底；
[0030]提供抛光垫；
[0031]提供化学机械平面化(CMP)抛光制剂，其包含：
[0032]磨料颗粒，
[0033]至少两种氨基酸，
[0034]氧化剂，
[0035]腐蚀抑制剂，
[0036]和
[0037]液体载体；
[0038]其中该含铜表面的至少一部分与抛光垫和化学机械平面化(CMP)抛光制剂两者接触。
[0039]磨料颗粒包括但不限于气相二氧化硅、胶体二氧化硅、高纯度胶体二氧化硅、气相氧化铝、胶体氧化铝、氧化铈、二氧化钛、氧化锆、表面改性或晶格掺杂的无机氧化物颗粒、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、云母、水合硅酸铝及其混合物。磨料颗粒浓度可在0.0001至2.5重量％、0.0005至1.0重量％、0.001至0.5重量％、0.005至0.5重量％或0.01至0.25重量％的范围内。
[0040]磨料颗粒的平均粒度范围为约2nm至160nm、2nm至100nm、2nm至80nm、2nm至60nm、3nm至50nm、3nm至40nm、4nm至30nm或5nm至20nm。
[0041]或者，磨料颗粒的平均粒度为≤100nm、≤50nm、≤40nm、≤30nm或≤20nm。
[0042]包括衍生物的多种氨基酸是含有胺和羧酸官能团的有机化合物。氨基酸结构中也可存在其它官能团。氨基酸可用于组合物中，包括但不限于氨基乙酸(也称为甘氨酸)、丝氨酸、赖氨酸、谷氨酰胺、L
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丙氨酸、DL
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丙氨酸、β
‑
丙氨酸、亚氨基乙酸、天冬酰胺、天冬氨酸、缬氨酸、肌氨酸、二羟乙基甘氨酸、三(羟甲基)甲基甘氨酸、脯氨酸及其混合物。氨基酸的优选组合包括甘氨酸(氨基乙酸)、丙氨酸、二羟乙基甘氨酸和肌氨酸。
[0043]每种氨基酸的浓度在约0.01wt％至约20.0wt％；0.1wt％至约15.0wt％，或0.5wt％至10.0wt％的范围内。
[0044]浆料中使用的一种氨基酸与另一种氨基酸的重量浓度比为1：99至99：1；10：90至90：10，20：80至80：20，25：75至75：25，30：70至70：30，40：60至60：40，或50：50。
[0045]腐蚀抑制剂包括但不限于含氮环状化合物，例如1,2,3
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三唑、1,2,4
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三唑、3
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氨基
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1,2,4
‑
三唑、1,2,3
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苯并三唑、5
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甲基苯并三唑、苯并三唑、1
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羟基苯并三唑、4
‑
羟基苯并三唑、4
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氨基
‑
4H
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1,2,4
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三唑和苯并咪唑。也可以使用苯并噻唑，例如2,1,3
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苯并噻二唑、三嗪硫醇、三嗪二硫醇和三嗪三硫醇。优选的抑制剂是1,2,4
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三唑、5
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氨基三唑、3
‑
氨基
‑
1,2,4
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三唑和异氰脲酸酯化合物如1,3,5
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三(2
‑
羟乙基)异氰脲酸酯。
[0046]腐蚀抑制剂以按重量计约0.1ppm至约20,000ppm，优选按重量计约20ppm至约10,000ppm，并且更优选按重量计约50ppm至约1000ppm范围内的浓度水平掺入。
[0047]氧化剂包括但不限于过氧化氢、重铬酸铵、高氯酸铵、过硫酸铵、过氧化苯甲酰、溴酸盐、次氯酸钙、硫酸铈、氯酸盐、三氧化铬、三氧化二铁、氯化铁、碘酸盐、碘、高氯酸镁、二氧化镁、硝酸盐、高碘酸、高锰酸、重铬酸钾、铁氰化钾、高锰酸钾、过硫酸钾、铋酸钠、亚氯酸钠、重铬酸钠、亚硝酸钠、过硼酸钠、硫酸盐、过乙酸、脲
‑
过氧化氢、高氯酸、二叔丁基过氧化物、单过硫酸盐和二过硫酸盐及其组合。
[0048]氧化剂的浓度范围为约0.1％至约20％重量，优选约0.25％至约5％重量。
[0049]CMP抛光制剂进一步包含平面化效率增强剂。平面化效率增强器用于增强平面化，例如改善各种铜线和/或特征之间的凹陷。其包括但不限于胆碱盐；例如(2
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羟基乙基)三甲基碳酸氢铵、氢氧化胆碱、对
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甲苯
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种铜化学机械平面化(CMP)抛光制剂，其包含：磨料颗粒，其选自气相二氧化硅、胶体二氧化硅、高纯度胶体二氧化硅、气相氧化铝、胶体氧化铝、氧化铈、二氧化钛、氧化锆、表面改性的或晶格掺杂的无机氧化物颗粒、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、云母、水合硅酸铝及其组合；至少两种氨基酸，氧化剂，腐蚀抑制剂，和液体载体，其中所述制剂具有2至12的pH；以及所述磨料颗粒具有3nm至50nm、3nm至40nm、4nm至30nm或5nm至20nm的平均粒度。2.根据权利要求1所述的化学机械平面化(CMP)抛光制剂，其中所述磨料颗粒的范围为0.0001至2.5重量％、0.0005至1.0重量％、0.001至0.5重量％、0.005至0.5重量％或0.01至0.25重量％。3.根据权利要求1所述的化学机械平面化(CMP)抛光制剂，其中所述磨料颗粒具有≤40nm、≤30nm或≤20nm的平均粒度。4.根据权利要求1所述的化学机械平面化(CMP)抛光制剂，其中所述磨料颗粒的范围为0.005至0.5重量％或0.01至0.25重量％。5.根据权利要求1所述的化学机械平面化(CMP)抛光制剂，其中所述至少两种氨基酸各自独立地选自氨基乙酸(甘氨酸)、丝氨酸、赖氨酸、谷氨酰胺、L
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丙氨酸、DL
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丙氨酸、β
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丙氨酸、亚氨基乙酸、天冬酰胺、天冬氨酸、缬氨酸、肌氨酸、二羟乙基甘氨酸、三(羟甲基)甲基甘氨酸、脯氨酸及其组合；并且浆料中使用的一种氨基酸与另一种氨基酸的重量浓度比为1:99至99:1；10:90至90:10，20:80至80:20，25:75至75:25，30:70至70:30，40:60至60:40，或50:50。6.根据权利要求1所述的化学机械平面化(CMP)抛光制剂，其中所述至少两种氨基酸中的每种氨基酸的范围为0.01重量％至20.0重量％；0.1重量％至15.0重量％，或0.5重量％至10.0重量％。7.根据权利要求1所述的化学机械平面化(CMP)抛光制剂，其中所述氧化剂选自过氧化氢、重铬酸铵、高氯酸铵、过硫酸铵、过氧化苯甲酰、溴酸盐、次氯酸钙、硫酸铈、氯酸盐、三氧化铬、三氧化二铁、氯化铁、碘酸盐、碘、高氯酸镁、二氧化镁、硝酸盐、高碘酸、高锰酸、重铬酸钾、铁氰化钾、高锰酸钾、过硫酸钾、铋酸钠、亚氯酸钠、重铬酸钠、亚硝酸钠、过硼酸钠、硫酸盐、过乙酸、脲
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过氧化氢、高氯酸、二叔丁基过氧化物、单过硫酸盐、二过硫酸盐及其组合；并且所述氧化剂的范围为0.1重量％至20重量％，或0.25重量％至5重量％。8.根据权利要求1所述的化学机械平面化(CMP)抛光制剂，其中所述腐蚀抑制剂选自含氮环状化合物，该含氮环状化合物选自1,2,3
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三唑、1,2,4
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三唑、3
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氨基
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1,2,4
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三唑、1,2,3
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苯并三唑、5
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甲基苯并三唑、苯并三唑、1
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羟基苯并三唑、4
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羟基苯并三唑、4
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氨基
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4H
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1,2,4
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三唑、苯并咪唑；5
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氨基三唑、苯并噻唑、三嗪硫醇、三嗪二硫醇和三嗪三硫醇；异氰脲酸酯及其组合。
9.根据权利要求1所述的化学机械平面化(CMP)抛光制剂，其中所述氧化剂的范围按重量计为0.1ppm至20,000ppm，按重量计20ppm至10,000ppm，或按重量计50ppm至1000ppm。10.根据权利要求1所述的化学机械平面化(CMP)抛光制剂，其进一步包含5
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1000ppm、10
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500ppm或10
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100ppm的平面化效率增强剂，该平面化效率增强剂选自胆碱盐、有机胺及其组合。11.根据权利要求1所述的化学机械平面化(CMP)抛光制剂，其进一步包含5
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1000ppm、10
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500ppm或10
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100ppm的平面化效率增强剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：KY，
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：