用于金属的化学机械抛光的浆料组合物以及使用其的抛光方法技术

本发明专利技术提供了一种用于金属的化学机械抛光（ＣＭＰ）的浆料组合物。该浆料组合物包括其平均分子量为从约６００，０００至约１，３００，０００并且其单体为丙烯酸和丙烯酰胺以约１∶３０至约３０∶１的摩尔比的共聚物。该浆料组合物呈现出非普列斯东行为以达到最小化的凹陷并获得高的平坦化程度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于制造集成电路器件(集成电路装置)的组合物以及使用该组合物来制造集成电路器件的方法。更具体地，本专利技术涉及一种通过化学机械抛光(CMP)来平坦化集成电路基板上的金属层的方法以及组合物。
技术介绍
典型地，用于电子装置的半导体芯片的晶体管经由形成于介电层内的互连沟槽的图案而彼此连接。图案配置通常具有镶嵌结构或双重镶嵌结构。阻挡层覆盖该经图案化的介电层，并且金属层覆盖该阻挡层。金属层至少具有足够的厚度以用金属填充该经图案化的沟槽从而形成电路互连。互连沟槽必须具有足够高的密度和复杂度以制造包括其间距(间隔)为0.25微米以下的晶体管的器件。因此，需要化学机械抛光(CMP)来有效和高效的使用晶体管。典型的金属互连CMP需要多个抛光步骤。例如，进行第一步骤从而以初始高速率(＞5,000埃/分钟)基本上除去过量的金属互连，诸如铜互连；然后进行第二步骤从而使用精细分割的研磨剂除去留在该金属互连外侧的阻挡层上的金属部分，并且使金属互连的表面平坦度最大化。随后从下方介电层抛光除去阻挡层，以在埋置在镶嵌结构或双重镶嵌结构和介电层中的金属互连上提供平坦的抛光表面。沟槽内的金属起形成互连电路的金属线的作用。金属CMP倾向于不仅除去在用互连金属填充的沟槽的图案外侧存在的金属，而且还除去在沟槽内存在的互连金属。从沟槽除去金属造成所谓的“凹陷”现象。凹陷是一种不利的现象，这是因为其造成金属电路的临界尺寸的变化。当金属去除速率高时，通常可以发生严重的凹陷。用呈现出非普列斯东行为(non-Prestonian behavior)的抛光浆料来处理金属被认为是一种用于使凹陷最小化并获得高的平坦化程度的方法。早期的铜CMP浆料呈现出线性普列斯东行为(Prestonianbehavior)(F.W.Preston.J.Soc.Glass Tech.11，214(1927))。例如，铜的去除速率是施加至基板的压力和抛光速率的一阶函数。该实例在图1的曲线图中以线◆表示(Chen et al.Thin Solid Films 498，50-55，2006)。一些参考文献和专利公开披露了在铜CMP期间，当铜抛光浆料呈现出在图1中以线■或▲表示的非普列斯东行为时，可以实现高平坦化效率和低图案依赖性((a)美国专利公开第2006/0000151号；(b)授予给H.Yano，G.等人的美国专利第6,454,819号(2002)；(c)授予给M.Hattor等人的美国专利第6,565,767号(2003)；(d)授予给D.J.Schroeder等人的美国专利第6,821,897号(2004)；(e)S.Kondo et al.J.Electrochem Soc.147，3907(2000))。即，当铜的去除速率相对于压力或抛光速率显示线性相关时，观察到非普列斯东行为。晶圆中具有高地貌(topography)的区域暴露于相对高的局部压力，并且因此以高速率被除去。然而，呈现出图1所示的非普列斯东行为的CMP系统(例如，浆料)以比呈现出普列斯东行为的浆料更低的速率抛光高地貌区域。总-->之，呈现出非普列斯东行为的浆料可以加宽铜CMP的过度抛光窗从而以更有效和更快速的方式平坦化铜。非普列斯东行为可以通过使用利用下列聚合物的铜CMP浆料诱导出：●均聚物：聚丙烯酸和聚甲基丙烯酸(美国专利第6,117,775号)；●杂聚物：聚丙烯酸酯-聚甲基丙烯酸酯共聚物(美国专利第6,632,259号、美国专利公开第2006/0000150和2006/0000151号)；●聚合物混合物：聚丙烯酸和聚乙烯吡咯烷酮(美国专利公开第2007/0176141和2006/0138086号)、聚丙烯酸和聚磺酸(美国专利公开第2006/0191872号)；●与聚合物的掺合物：两性离子和聚丙烯酸(美国专利公开第2005/0189322和2007/0007248号)、季铵离子和聚丙烯酸(美国专利公开第2006/0205219号)、苯并三唑(BTA)和均聚物(美国专利第6,899,821和6,896,825号以及美国专利公开第2005/0095860号)、BTA和聚丙烯酸(美国专利第6,461,230号)。
技术实现思路
技术问题然而，常规的抛光系统在有效呈现非普列斯东行为方面不是令人满意的。技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于金属的化学机械抛光(CMP)的浆料前体组合物，包括液体载体、研磨剂、络合剂、腐蚀抑制剂以及共聚物，其中该共聚物具有约600,000至约1,300,000的平均分子量并且包括以约1∶30至约30∶1的共聚合比(共聚比率)的丙烯酸单体和丙烯酰胺单体。该共聚物的平均分子量可以使用作为分子量标准的支链淀粉和含水移动相(流动相)通过凝胶渗透层析(GPC)来确定。基于液体载体和溶解或悬浮在其中的任何其它组分的重量(即，包括浆料前体和氧化剂的最终浆料组合物的总重量)，该共聚物可以以按重量计约0.001％至约1％的量存在。该研磨剂可以为氧化铝或硅石(或氧化硅)。基于该液体载体和溶解或悬浮在其中的任何其它组分的重量，该研磨剂可以以按重量计约0.1％至约20％的量存在。络合剂可以选自由羰基化合物、羧酸类以及它们的盐类、醇类、含胺化合物、以及它们的组合组成的组。基于该液体载体和溶解或悬浮在其中的任何其它组分的重量，该络合剂可以以按重量计约0.01％至约5％的量存在。腐蚀抑制剂可以选自由氨、烷基胺类、氨基酸类、亚胺类、唑类、以及它们的组合组成的组。该腐蚀抑制剂可以包括苯并三唑及其衍生物。该腐蚀抑制剂可以为2，2’-[[(5-甲基-1H-苯并三唑-1-基)-甲基]亚胺基]二-乙醇和2，2’-[[(4-甲基-1H-苯并三唑-1-基)-甲基]亚胺基]二-乙醇的异构混合物。-->基于该液体载体和溶解或悬浮在其中的任何其它组分的重量，该腐蚀抑制剂可以以按重量计约0.005％至约5％的量存在。本专利技术的浆料前体组合物可以进一步包括pH调节剂。该pH调节剂可以选自由氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、碳酸钠、碳酸钾、硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、柠檬酸、磷酸钾、以及它们的组合组成的组。本专利技术的浆料前体组合物可以进一步包括表面活性剂。该表面活性剂可以为两性表面活性剂或非离子型表面活性剂。基于该液体载体和溶解或悬浮在其中的任何其它组分的重量，该表面活性剂可以以按重量计约0.01％至约5％的量存在。本专利技术的CMP浆料前体组合物可以进一步包括杀生物剂或消泡剂。该杀生物剂或消泡剂可以为异噻唑啉酮或聚二甲基硅氧烷。基于该液体载体和溶解或悬浮在其中的任何其它组分的重量，该杀生物剂可以以约1ppm至约50ppm的量存在，并且该消泡剂可以以约40ppm至约140ppm的量存在。液体载体可以包括去离子水。根据本专利技术的另一方面，提供了一种包括在抛光前混合在一起的CMP浆料前体组合物和氧化剂的CMP浆料组合物。本专利技术的CMP浆料组合物可以呈现出非普列斯东行为以实现最小化的凹陷并达到高的平坦化程度。氧化剂可以选自由无机过氧化物和有机过氧化物、氢溴酸及其盐类、硝酸及其盐类、盐酸及其盐类、铬酸及其盐类、氢碘酸及其盐类、铁盐类和铜盐类、稀土金属氧化物和过渡金属氧化物、铁氰化钾、重铬酸钾、以及它们的组合组成的组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于金属的化学机械抛光（ＣＭＰ）的浆料前体组合物，包括：液体载体、研磨剂、络合剂、腐蚀抑制剂以及共聚物，其中，所述共聚物具有约６００，０００至约１，３００，０００的平均分子量并且包括以约１∶３０至约３０∶１的共聚合比的丙烯酸和丙烯酰胺单体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】KR 2007-10-10 10-2007-01023161.一种用于金属的化学机械抛光(CMP)的浆料前体组合物，包括：液体载体、研磨剂、络合剂、腐蚀抑制剂以及共聚物，其中，所述共聚物具有约600,000至约1,300,000的平均分子量并且包括以约1∶30至约30∶1的共聚合比的丙烯酸和丙烯酰胺单体。2.根据权利要求1所述的浆料前体组合物，其中，所述共聚物的平均分子量使用作为分子量标准的支链淀粉与含水移动相通过凝胶渗透层析(GPC)来确定。3.根据权利要求1所述的浆料前体组合物，其中，基于所述液体载体和溶解或悬浮在其中的任何其它组分的重量，所述共聚物以按重量计约0.001％至约1％的量存在。4.根据权利要求1所述的浆料前体组合物，其中，所述研磨剂为氧化铝或硅石。5.根据权利要求1所述的浆料前体组合物，其中，基于所述液体载体和溶解或悬浮在其中的任何其它组分的重量，所述研磨剂以按重量计约0.1％至约20％的量存在。6.根据权利要求1所述的浆料前体组合物，其中，所述络合剂选自由羰基化合物、羧酸类及其盐类、醇类、含胺化合物、以及它们的组合组成的组。7.根据权利要求1所述的浆料前体组合物，其中，基于所述液体载体和溶解或悬浮在其中的任何其它组分的重量，所述络合剂以按重量计约0.01％至约5％的量存在。8.根据权利要求1所述的浆料前体组合物，其中，所述腐蚀抑制剂选自由氨、烷基胺类、氨基酸类、亚胺类、唑类、以及它们的组合组成的组。9.根据权利要求1所述的浆料前体组合物，其中，所述腐蚀抑制剂包括苯并三唑及其衍生物。10.根据权利要求1所述的浆料前体组合物，其中，所述腐蚀抑制剂为2，2’-[[(5-甲基-1H-苯并三唑-1-基)-甲基]亚胺基]二-乙醇与2，2’-[[(4-甲基-1H-苯并三唑-1-基)-甲基]亚胺基]二-乙醇的异构混合物。11.根据权利要求1所述的浆料前体组合物，其中，基于所述液体载体和溶解或悬浮在其中的任何其它组分的重量，所述腐蚀抑制剂以按重量计约0.005％至约5％的量存在。12.根据权利要求1所述的浆料前体组合物，进一步包括pH调节剂。13.根据权利要求12所述的浆料前体组合物，其中，所述pH调节剂选自由氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、碳酸钠、碳酸钾、硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、柠檬酸、磷酸钾、以及它们的组合组成的组。14.根据权利要求1所述的浆料前体组合物，进一步包括表面活性剂。15.根据权利要求14所述的浆料前体组合物，其中，所述表面活性剂为两性表面活性剂或非离子型表面活性剂。16.根据权利要求14所述的浆料前体组合物，其中，基于所述液体载体和溶解或悬浮在其中的任何其它组分的重量，所述表面活性剂以按重量计约0.01％至约5％的量存在。17.根据权利要求1所述的浆料前体组合物，进一步包括杀生物剂、或消泡剂、或杀生物剂和消泡剂两者。18.根据权利要求17所述的浆料前体组合物，其中，所述杀生物剂为异噻唑啉酮，而所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷。19.根据权利要求17所述的浆...

【专利技术属性】
技术研发人员：周霍摩，金元来，卢钟一，李仁庆，李泰永，
申请(专利权)人：第一毛织株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]