含钴衬底的化学机械抛光(cmp)的制作方法
【专利说明】含钻衬底的化学机械抛光（CMP)
[0001] 巧关申请的香叉引用
[0002] 本专利申请是2014年7月25日提交的美国临时专利申请序列号62/029, 145的 非临时申请，所述临时专利申请通过引用W其全文并入本文。
技术领域
[0003] 本发明总体设及半导体衬底的化学机械抛光（CMP)。
【背景技术】
[0004] 由于行业标准倾向于更小器件特征，对于可用于在集成电路（IC)忍片制造和集 成（尤其用于16皿技术结点及W上的应用）中作为新的导电互连材料替换（W)或铜（化） 的新型金属材料存在着持续的开发需求。钻（Co)已被考虑并作为集成电路忍片集成中有 希望的新型金属互连材料之一进行测试。钻互连的CMP要求W高去除率（removalrate)抛 光钻层并提供高度的平面性而不引入腐蚀缺陷。钻互连抛光要求去除率超过1000埃/分 钟，运要求对于钻是化学侵蚀性的但不引起任何腐蚀问题的浆料组合物。 阳〇化]令人遗憾地，用于抛光铜或鹤的现有浆料不能用于钻互连结构W提供满意的CMP性能。不局限于任何特定理论，运可能是由于钻与现有抛光浆料是化学反应性的，从而产生 钻溶解，运又导致高的缺陷计数。
[0006] 钻CMP的大部分现有技术设及抛光铜互连下面的薄的钻屏障内衬。钻屏障抛光的 要求与钻互连抛光完全不同。钻屏障抛光通常需要钻去除率小于500埃/分钟。
[0007]US专利申请 20130186850 或W02013112490(AppliedMaterials公司）教导了用 于钻互连或钻屏障层的化学机械抛光的浆料。所述浆料包括磨料颗粒、用于化或Co离子 络合的有机络合化合物、占浆料0. 01-1.Owt%的Co腐蚀抑制剂、氧化剂和溶剂。所述浆料 的抑为7-12。
[0008] US专利申请20130140273教导了用于Co的化学机械抛光的浆料。所述浆料按重 量计包含如下组分：抑制剂0. 01-2%、氧化剂0-5%、磨料0. 1-10%、络合剂0. 001-10%、 和其余是水。通过抑值调节剂将浆料的抑值调节至3-5。抑制剂选自一种或多种包含S 和N原子或者包含S或N原子的五元杂环化合物。氧化剂是选自&〇2、（NH4)2S2〇s、KI04和 KC105的一种或多种。磨料是选自Si〇2、Ce〇2和Al2〇3的一种或多种。络合剂是选自氨基酸 和巧樣酸的一种或多种。浆料可W有效防止Co的腐蚀并在抛光过程中降低Co的抛光率。
[0009] "Fundamental Study of Chemical-Mechanical Polishing Slurry of Cobalt Barrier Metal for Next-Generation Interconnect Process, ''Hideak Nishizawa 等，化n.J.Appl. Phys.，Vol.49,05FC03 (2页），2010表明在地10的浆料中，纯化层在钻表 面上形成且钻-铜电化腐蚀最小化。
[0010] "!'he Effect of H202and 2-MT on the Qiemical Mechanical Polishing of Cobalt Adhesion Layer in Acid Slurry, ''Hai-Sheng Lu等，Electrochem. and Solid-State Letters, Vol. 15, Issue 4, pp. H97-H100 (2012)。其工作表明馬〇2极大地提高 钻的静态蚀刻率（SER)和去除率（RR)。2-琉基嚷挫嘟（2-MT)非常有效地抑制钻腐蚀并降 低酸性浆料中钻的沈R和RR。在抑=5的基于甘氨酸的浆料中，通过利用2-MT，Co和化 之间的腐蚀电位差异可W降低至非常小的值。
[0011] "CobaltPolishingwithReducedGalvanicCorrosionatCo卵er/Cobalt InterfaceUsingHydrogenPeroxideasanOxidizerinColloidalSilica-Based Slurries, '屯.C.Peethala等，JournaloftheElectrochemicalSociety,Vol. 159,Issue 6,pp.册82-册88 (2012)对于钻上的CMP使用基于胶体二氧化娃的浆料，其具有Iwt% &〇2 作为氧化剂和0. 5wt%精氨酸作为络合剂；该浆料在抑10时较之抑6和8显示优异性能 (更好的抛光后表面质量和不形成凹陷）。在抑10下，不存在可测量的Co溶解，且Cu和 Co之间的开路电位巧J差异为约20mV，暗示电化腐蚀降低。结果也表明，在抛光期间，Co 薄膜表面覆盖有纯化膜，可能是Co(III)氧化物纯化膜。向该浆料添加5mMBTA抑制化溶 解速率并产生大约1. 2的Co/化去除率之比，同时将化和Co之间的E。。差异进一步降低至 大约IOmV,运两者都是非常期望的特性。
[0012] 因此，强烈需要开发可W提供高的、可调的Co薄膜去除率、低的Co薄膜静态蚀刻 率、低的屏障薄膜和介电薄膜去除率、高的和期望的Co相对屏障薄膜和Co相对介电薄膜的 选择性，并最小化或消除Co/Cu界面的可能电化腐蚀的创新的CoCMP抛光组合物。 柳1引发巧简沐
[0014] 所述需要通过使用所公开的用于含钻衬底的CMP的组合物、方法和平面化系统来 俩足。
[0015] 一方面，提供了用于含钻衬底的CMP的CMP抛光组合物。所述CMP抛光组合物包 含：
[0016] 磨料，通常是胶体二氧化娃；
[0017] 至少两种馨合剂，通常选自至少两种氨基酸、至少两种氨基酸衍生物、或至少一种 氨基酸和至少一种氨基酸衍生物；
[0018] 其余基本上是去离子水值I水）；和
[0019] 任选地：
[0020] 化学添加剂，作为腐蚀抑制剂或缺陷减少剂（defectre化Cingagent); 阳OW 氧化剂； 阳0巧抑调节剂； 阳〇2引杀生物剂讯 [0024] 表面活性剂。
[00巧]另一方面，提供了用于含钻衬底的CMP的CMP抛光组合物。所述CMP抛光组合物 包含： 阳0%] 磨料，通常是胶体二氧化娃；
[0027] 至少两种氨基酸馨合剂，包括甘氨酸和丙氨酸，
[0028] 其余基本上是去离子水值I水）；和
[0029] 任选地：
[0030] 化学添加剂，作为腐蚀抑制剂或缺陷减少剂； 阳0川氧化剂； 阳0巧抑调节剂； 阳〇3引杀生物剂讯
[0034] 表面活性剂。
[0035] 又一方面，为含钻衬底的CMP提供了使用CoCMP抛光组合物的方法。所述方法包 括W下步骤：
[0036] a)提供具有含Co表面的半导体衬底；
[0037] b)提供抛光垫；
[0038] C)提供化学机械抛光组合物，其包含：
[0039] 磨料，通常是胶体二氧化娃；
[0040] 至少两种馨合剂，通常选自至少两种氨基酸、至少两种氨基酸衍生物、或至少一种 氨基酸和至少一种氨基酸衍生物；
[0041] 其余基本上是DI水；和
[0042] 任选地：
[0043] 化学添加剂，作为腐蚀抑制剂或缺陷减少剂； 阳〇44] 氧化剂； 阳〇45] 抑调节剂；
[0046] 杀生物剂；和 阳047] 表面活性剂；
[0048]d)使所述含Co表面与所述抛光垫和所述化学机械抛光组合物接触；和W例e)抛光所述含Co表面。
[0050] 又一方面，为含钻衬底的CMP提供了使用CoCMP抛光组合物的方法。所述方法包 括W下步骤：
[0051] a)提供具有含Co表面的半导体衬底； 阳05引 b)提供抛光垫；
[0053] C)提供化学机械抛光组合物，其包含：
[0054] 磨料，通常是胶体二氧化娃； 阳化5] 至少两种馨合剂，包括甘氨酸和丙氨酸，
[0056] 其余基本上是DI水；和
[0057] 任选地：
[0058] 化学添加剂，作为腐蚀抑制剂或缺陷减少剂； 阳059] 氧化剂； W60] 抑调节剂；
[0061] 杀生物剂；和 阳0创表面活性剂；
[0063]d)使所述含Co表面与所述抛光垫和所述化学机械抛光组合物接触；和W64]e)抛光所述含Co表面。 阳0化]又一方面，一种选择性化学机械抛光的方法，所述方法包括W下步骤：
[0066] a)提供具有包含第一材料和至少一种第二材料的表面的半导体衬底；
[0067] 其中所述第一材料是Co和所述第二材料选自介电薄膜（例如TE0S、SiNx)、低k和 超低k薄膜、和屏障薄膜（例如化、TaN、Ti和TiN薄膜）； W側 b)提供抛光垫；
[0069]C)提供化学机械抛光组合物，其包含： 阳070] 磨料，通常是胶体二氧化娃；
[0071] 至少两种馨合剂，通常选自至少两种氨基酸、至少两种氨基酸衍生物、及至少一种 氨基酸和至少一种氨基酸衍生物；
[0072] 其余基本上是DI水讯 阳〇7引任选地：
[0074] 化学添加剂，作为腐蚀抑制剂或缺陷减少剂； W75] 氧化剂；
[0076] 抑调节剂；
[0077] 杀生物剂讯 阳〇7引表面活性剂；
[0079]d)抛光所述半导体衬底的表面W选择性去除所述第一材料；
[0080] 其中至少一部分所述表面与所述抛光垫和所述化学机械抛光组合物两者接触；和 所述第一材料的去除率与所述第二材料的去除率之比等于或大于1。
[0081] 又一方面，一种选择性化学机械抛光的方法，所述方法包括W下步骤：
[0082] a)提供具有包含第一材料和至少一种第二材料的表面的半导体衬底；
[0083] 其中所述第一材料是Co和所述第二材料选自介电薄膜（例如TE0S、SiNx)、低k和 超低k薄膜、和屏障薄膜（例如化、TaN、Ti和TiN薄膜）；
[0084] b)提供抛光垫；
[00化]C)提供化学机械抛光组合物，其包含：
[0086] 磨料，通常是胶体二氧化娃；
[0087] 至少两种馨合剂，包括甘氨酸和丙氨酸， 阳08引其余基本上是DI水讯 阳089] 任选地：
[0090] 化学添加剂，作为腐蚀抑制剂或缺陷减少剂； 阳0川氧化剂； 阳〇9引抑调节剂；
[0093] 杀生物剂；和
[0094] 表面活性剂；
[0095] d)抛光所述半导体衬底的表面W选择性去除所述第一材料；
[0096] 其中至少一部分所述表面与所述抛光垫和所述化学机械抛光组合物两者接触；和 所述第一材料的去除率与所述第二材料的去除率之比等于或大于1。
[0097] 又一方面，为含钻衬底的CMP提供了CMP系统。所述CMP系统包含：
[0098] a)提供具有包含第一材料和至少一种第二材料的表面的半导体衬底；
[0099] 其中所述第一材料是Co和所述第二材料选自介电薄膜（例如TE0S、Si化)、低k和 超低k薄膜、及屏障薄膜（例如化、TaN、Ti和TiN薄膜）； 阳100]b)提供抛光垫； 阳101]C)提供化学机械抛光组合物，其包含： 阳102] 磨料，通常是胶体二氧化娃； 阳103] 至少两种馨合剂