阻挡层抛光流体制造技术

该抛光流体适用于抛光半导体衬底的含钽阻挡层材料。该抛光流体包含具有至少两个氮原子的含氮化合物并且该含氮化合物包括亚胺化合物和肼化合物。该含氮化合物不含吸电子取代基；而且该抛光流体能够从半导体衬底的表面除去含钽的阻挡层材料而无需研磨剂。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及抛光半导体衬底且更具体地，涉及去除阻挡层的无研磨剂抛光流体。
技术介绍
可以通过在电介质层中布置多个沟槽来形成半导体器件的电路互连。该互连是通过在下层的电介质层上镀覆阻挡层薄膜，然后在该阻挡层薄膜上镀覆金属层形成。形成的金属层必需具有足够的厚度以便使金属充满沟槽。该互连制造工艺包括两步化学机械抛光(CMP)过程的使用。CMP是指用抛光垫或抛光流体抛光半导体晶片的工艺。在第一步抛光中，从下层的阻挡层薄膜和下层的电介质层上除去金属层。该金属层的去除既是通过抛光垫所施加的摩擦作用，也是通过与该抛光流体的化学反应以及伴随的化学反应产物的溶解作用。第一步抛光可去除金属层，同时在晶片上留下光滑平坦的抛光表面，并进一步在沟槽中留下金属以便提供与抛光表面基本平齐的电路互连。除金属的去除以外，一些第一步抛光过程需要电介质层的去除。例如Lee等人在欧洲专利公开1 072 662 A1中公开了使用胍作为研磨加速剂用于提高研磨组合物的电介质去除速率。典型的第一步抛光过程包括在抛光流体中使用含有氧化剂例如KNO3或H2O2的水溶液以便去除铜互连。该铜金属层的去除是通过氧化剂对金属层的氧化作用和抛光垫的研磨。此外，抛光垫磨蚀该金属层从而最大程度上减少溶解氧化物从溶液中再次沉积到被抛光材料的表面。从下层的阻挡层薄膜例如钽(Ta)或氮化钽(TaN)上去除铜。该阻挡层薄膜比铜具有更大的研磨抵抗性，因此阻挡层起到使第一步的铜抛光停止的抛光停止作用。此外，抛光流体对阻挡层薄膜表面的氧化会抑制其在第一步抛光中的去除。在第二抛光步骤中，从下面的电介质层上去除阻挡层薄膜。第二步抛光能够在电介质层上提供光滑，平坦的抛光表面。理想情况下，该第二抛光步骤不会除去过多的沟槽中的金属。在第二抛光步骤中过度的金属去除会导致凹陷。凹陷是描述由于除去沟槽中过多的金属从而在电路互连中形成的不需要的空穴的技术术语。凹陷既可以发生在第一步抛光中也可以发生在第二抛光步骤中。要求该电路互连具有精确的尺寸，该尺寸决定了电路互连所提供的信号传输线路的电阻。超过许可水平的凹陷会在电路互连中引起尺度缺陷，这会导致该电路互连所传输的电信号的减弱。该第二抛光步骤应当只引起最小程度的腐蚀。腐蚀是描述由于除去阻挡层薄膜下面的一些电介质层而引起的电介质层表面的不需要的降低的技术术语。发生在接近沟槽中的金属处的腐蚀会在该电路互连中引起尺度缺陷，该缺陷会导致该电路互连所传输的电信号的减弱。为了最大程度上减小腐蚀，希望第二步抛光的抛光流体能以比电介质层的去除速率更高的去除速率去除该阻挡层薄膜。该第二抛光步骤应具有高的阻挡层相对于下层的去除选择性。去除选择性定义为阻挡层薄膜的去除速率与相对层如电介质层或金属层的去除速率的比值。对本说明书而言，选择性是指以每单位时间的距离例如埃每分钟表示的去除速率的比值。因此，去除选择性是阻挡层薄膜相对于电介质层或金属层的去除的量度。另外，提高去除选择性可以提高抛光性能。使用表现出高的相对于电介质层的去除选择性的抛光流体进行的抛光可增加阻挡层薄膜的去除而减少电介质层的去除。本领域浆料的情形需要较大量的研磨剂颗粒以便除去阻挡层。遗憾的是，这些浆料通常会导致无法接受的金属互连的凹陷和电介质腐蚀。鉴于这一点，对于能以高的速率去除阻挡层同时具有减小的金属互连凹陷和电介质腐蚀的阻挡层去除组合物存在持续的需求。
技术实现思路
本专利技术提供了用于抛光半导体衬底的含钽阻挡层材料的抛光流体，该流体包含具有至少两个氮原子的含氮化合物，该含氮化合物包含至少一种选自如下式的化合物亚胺化合物 和肼化合物R3R4N-NR5R6(II)其中R1包括-H或-NH2而R2，R3，R4，R5和R6独立地包括选自下列的取代基-H，烃基，氨基，羰基，亚氨基，偶氮基，氰基，硫基，硒基和其中的R7包含烃基的-OR7，并且该含氮化合物不含吸电子取代基；该抛光流体能够无需研磨剂的从半导体衬底的表面去除含钽的阻挡层材料。本专利技术的另一个方面是提供了用于抛光半导体衬底的含钽阻挡层材料的抛光流体，该流体包含0至6wt％用于减少互连金属去除的抑制剂；0至1wt％的研磨颗粒；0至25wt％的氧化剂；0至15wt％的配位剂和0.05至25wt％具有至少两个氮原子的含氮化合物，该含氮化合物包含至少一种选自如下式的化合物亚胺化合物 和肼化合物R3R4N-NR5R6(II)其中R1包括-H或-NH2而R2，R3，R4，R5和R6独立地包括选自下列的取代基-H，烃基，氨基，羰基，亚氨基，偶氮基，氰基，硫基，硒基和其中的R7包含烃基的-OR7，并且该含氮化合物具有给电子取代基；该抛光流体能够无需研磨剂的从半导体衬底的表面除去含钽的阻挡层材料。此外，本专利技术提供了对具有金属互连层和与该金属互连层相邻的含钽阻挡层的半导体衬底进行抛光的方法，该方法包括使用抛光流体抛光阻挡层以便除去至少一部分的含钽阻挡层，该抛光流体不含研磨剂而包含具有至少两个氮原子的含氮化合物，该含氮化合物包含至少一种选自如下式的化合物亚胺化合物 和肼化合物R3R4N-NR5R6(II)其中R1包括-H或-NH2；而R2，R3，R4，R5和R6独立地包括选自下列的取代基-H，烃基，氨基，羰基，亚氨基，偶氮基，氰基，硫基，硒基和其中的R7包含烃基的-OR7，并且该含氮化合物不含吸电子取代基。具体实施例方式在本专利技术的优选实施方案中，使用含氮抛光试剂例如亚胺衍生化合物或肼衍生化合物配制无研磨剂的抛光流体。优选的亚胺衍生物包括式(I)的化合物 其中R1是-H或-NH2而R2是-H，-NH2，烃基，氨基，羰基，亚氨基，偶氮基，氰基，硫基，或硒基和其中R7是烃基的-OR7。优选的肼衍生物包括式(II)的化合物R3R4N-NR5R6(II)且其中R3，R4，R5，和R6独立地是-H，-OR7，-NH2，烃基，羰基，亚氨基，偶氮基，氰基，硫基，或硒基。术语“含氮”是指包含两个或多个氮原子的物质。在含氮物质中两个或多个氮原子可以互相结合，或者可以被其它原子隔开。如果含氮物质包含三个或更多的氮原子，这些氮原子其中的一些可以互相结合而其它氮原子可以只与非氮原子结合。含氮物质中的氮原子可以是该物质中的化学基团例如氨基，酰胺基，偶氮基，亚氨基，或肼基的一部分。优选地，含氮物质中的氮原子处于它们的还原态且不与氧原子直接结合(即-NO2；-NO3)。术语“烃基”是指用氢原子取代的直链，支链或环状碳原子链，且包括未取代和取代烷基，烯基，炔基，芳基，和杂环基。优选地，烃基包含1至20个碳原子。可选地，用其它基团取代烃基。碳原子之间的结合可独立地选自单键，双键，和三键。术语“烷基”(或烷基-)是指取代或未取代直链，支链或环状烃链，该烃链优选包含1至20个碳原子。烷基包括，例如甲基，乙基，丙基，异丙基，环丙基，丁基，异丁基，叔丁基，仲丁基，环丁基，戊基，环戊基，己基和环己基。术语“烯基”(或烯基-)是指取代或未取代直链，支链或环状烃链，且该烃链包含至少一个碳-碳双键，且该烃链优选包含2至20个碳原子。烯基包括，例如乙烯基(-CH＝CH2)；1-丙稀基；2-丙稀基(或烯丙基，CH2-CH＝CH2)；1，3-丁二烯基(-CH＝CHCH＝CH2)；1-丁烯基(-CH＝CHCH2CH3)；己烯基；戊本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于抛光半导体衬底的含钽阻挡层材料的抛光流体，该流体包含：具有至少两个氮原子的含氮化合物，该含氮化合物包含至少一种选自如下式的化合物：亚胺化合物Ｒ↑［１］－＊＝ＮＨ（Ⅰ）和肼化合物Ｒ↑［３］Ｒ↑［４］Ｎ－ ＮＲ↑［５］Ｒ↑［６］（Ⅱ）其中Ｒ↑［１］包括－Ｈ或－ＮＨ↓［２］而Ｒ↑［２］，Ｒ↑［３］，Ｒ↑［４］，Ｒ↑［５］和Ｒ↑［６］独立地包括选自下列的取代基：－Ｈ，烃基，氨基，羰基，亚氨基，偶氮基，氰基，硫基，硒基和其中的Ｒ↑［７］ 包含烃基的－ＯＲ↑［７］，并且该含氮化合物不含吸电子取代基；该抛光流体能够无需研磨剂的从半导体衬底的表面去除含钽的阻挡层材料。

【技术特征摘要】
US 2003-9-25 10/670,5871.用于抛光半导体衬底的含钽阻挡层材料的抛光流体，该流体包含具有至少两个氮原子的含氮化合物，该含氮化合物包含至少一种选自如下式的化合物亚胺化合物 和肼化合物R3R4N-NR5R6(II)其中R1包括-H或-NH2而R2，R3，R4，R5和R6独立地包括选自下列的取代基-H，烃基，氨基，羰基，亚氨基，偶氮基，氰基，硫基，硒基和其中的R7包含烃基的-OR7，并且该含氮化合物不含吸电子取代基；该抛光流体能够无需研磨剂的从半导体衬底的表面去除含钽的阻挡层材料。2.权利要求1的抛光流体，其中该抛光流体含有0至5wt％的研磨剂颗粒。3.权利要求1的抛光流体，其中该含氮化合物包括亚胺化合物。4.权利要求1的抛光流体，其中该含氮化合物包括肼化合物。5.用于抛光半导体衬底的含钽阻挡层材料的抛光流体，该流体包含0至6wt％用于减少互连金属去除的抑制剂；0至1wt％的研磨剂颗粒；0至25wt％的氧化剂；0至15wt％的配位剂和0.05至25wt％的含氮化合物，该含氮化合物具有至少两个氮原子且包含至少一种选自如下式的化合物亚胺化合物 和肼化合物R3R4N-NR5R6(II)其中R1包括-H或-NH2而R2，R3，R4，R5和R6独立地包括选自下列的...

【专利技术属性】
技术研发人员：卞锦儒，
申请(专利权)人：CMP罗姆和哈斯电子材料控股公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]