專利名稱：用于銅的受控拋光的組合物和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體晶片材料的化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)且更具體地，本發(fā)明涉及在存在電介質(zhì)和阻擋層材料的情況下用于從半導(dǎo)體晶片上去除互連金屬的CMP組合物和方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體晶片典型包含硅晶片和含有多個(gè)溝槽的電介質(zhì)層，該溝槽在電介質(zhì)層內(nèi)排列形成電路互連的圖案。這些圖案的排列通常具有金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)或雙重金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)。利用阻擋層覆蓋具有圖案的電介質(zhì)層并用金屬層覆蓋該阻擋層。該金屬層具有至少足夠的厚度以便使金屬填充該圖案溝槽從而形成電路互連。
CMP工藝通常包括多個(gè)平坦化步驟。例如，第一步從下面的阻擋電介質(zhì)層上除去金屬層。該第一步拋光可除去金屬層，并在晶片上留下填充有金屬的溝槽的光滑平坦表面，該溝槽可提供與該拋光表面平齊的電路互連。第一步拋光能夠以最初的高速率除去過多的互連金屬例如銅。第一步去除之后，第二步拋光能夠除去殘留在該半導(dǎo)體晶片上的阻擋層。這個(gè)第二步拋光可以在電介質(zhì)層和金屬互連的存在下除去該阻擋層。
遺憾的是，CMP工藝通常會(huì)產(chǎn)生來自于不充分的第二步拋光的多余的互連金屬。換言之，第二步拋光過程期間沒能以足夠高的速率將該互連金屬除去。這種多余金屬會(huì)損害電信號(hào)和危害雙重金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)的繼續(xù)加工。因此，在一些情形中，某些芯片制造商實(shí)際上希望在第二步拋光中對(duì)互連金屬具有高的靜態(tài)腐蝕速率以便根據(jù)具體的應(yīng)用“調(diào)節(jié)”該速率。
Tsuchiya等人在美國專利No.6,585,568中公開了用于拋光銅的已知組合物，該組合物包含苯并三唑和三唑化合物。Tsuchiya的組合物減小了腐蝕速率以嘗試最大程度上減小凹陷。遺憾的是，這種已知組合物可能會(huì)產(chǎn)生多余的銅，一種被稱為“贅銅(proudcopper)”的情形。
因此，存在對(duì)可用于控制金屬互連的拋光的改良CMP組合物和方法的需求。具體地，存在對(duì)可以在第二步拋光過程中加速銅的去除的CMP組合物和方法的需求。

發(fā)明內(nèi)容
第一方面，本發(fā)明提供了用于拋光半導(dǎo)體晶片上的銅的水性組合物，該組合物包含0.001至6wt％的非鐵金屬抑制劑，0.05至10wt％該金屬的配位劑，0.01至25wt％用于加速銅的去除的銅去除劑，0.5至40wt％的研磨劑，0至10wt％的氧化劑和0至10wt％選自聚乙烯吡咯烷酮，熱塑性聚合物和它們的混合物的化合物，其中該銅去除劑是咪唑。
第二方面，本發(fā)明提供了用于拋光半導(dǎo)體晶片上的銅的水性組合物，該組合物包含0.001至6wt％的苯并三唑以抑制銅的腐蝕，0.05至10wt％的銅配位劑，0.01至25wt％用于加速銅的拋光的咪唑，0.5至40wt％的研磨劑，0至10wt％的氧化劑和0至10wt％選自聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯醇和它們的混合物的化合物和余量的水，其中咪唑與苯并三唑的重量百分比的比值是至少3比1。
第三方面，本發(fā)明提供了用于從半導(dǎo)體晶片上拋光銅的方法，該方法包括使晶片與拋光組合物接觸，該晶片包含銅，該拋光組合物包含0.001至6wt％的非鐵金屬抑制劑，0.05至10wt％該金屬的配位劑，0.01至25wt％的咪唑，0.5至40wt％的研磨劑，0至10wt％的氧化劑和0至10wt％選自聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯醇和它們的混合物的化合物和余量的水；和用拋光墊拋光該晶片，其中咪唑可以加速銅的拋光。
具體實(shí)施例方式
本組合物和方法提供了優(yōu)異的受控銅拋光。具體地，本發(fā)明的水性組合物適用于“調(diào)節(jié)”銅的去除速率以滿足期望的應(yīng)用。也就是說，可以利用本組合物來加速從半導(dǎo)體晶片上去除銅同時(shí)最大程度上減小腐蝕問題。該組合物利用已知的銅抑制劑，咪唑，出乎意料地加速了銅的去除。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，在該組合物中利用咪唑(“銅去除劑”)出乎意料地加速了銅的去除。可以在本發(fā)明中利用任何咪唑(例如取代，未取代)。例如，可以利用通過下列式(1)，(2)表示的咪唑化合物， 其中，R1和R2是氫原子，可選含有取代基的烷基，可選含有取代基的不飽和烴基，可選含有取代基的環(huán)烷基，可選含有取代基的芳烷基，可選含有取代基的芳烯基，可選含有取代基的芳基-環(huán)烴基，可選含有取代基的芳基，可選含有取代基的雜環(huán)殘基和可選含有取代基的烷氧羰基和它們的組合。
對(duì)本說明書而言，“烷基”可以是含有1至24個(gè)碳原子的直鏈或支鏈烷基，例如甲基，乙基，丙基，異丙基，丁基，異丁基，仲丁基，叔丁基，戊基，己基，庚基，辛基，壬基，癸基，十二烷基，十一烷基等等。
本發(fā)明中的“不飽和烴基”可以是含有2至24個(gè)碳原子的直鏈或支鏈不飽和烴基，例如烯基(例如，乙烯基，1-丙烯基，2-丙烯基，異丙烯基，丁烯基，戊烯基，己烯基，庚烯基，辛烯基，壬烯基，癸烯基，十二烯基，十一烯基等等)；和炔基(例如乙炔基，丙炔基，丁炔基，戊炔基，己炔基，庚炔基，辛炔基，壬炔基，癸炔基，十二炔基，十一炔基等)。
本發(fā)明中的“環(huán)烷基”可以是含有3至6個(gè)碳原子的飽和或不飽和環(huán)烷基，例如環(huán)丙基，環(huán)己基等。
本發(fā)明中的“芳基”可以是苯基，萘基，蒽基等。
本發(fā)明中的“芳烷基”可以是含有7至24個(gè)碳原子的芳烷基，其中該烷基部分可以是直鏈或支鏈的。它們的實(shí)例包括芐基，苯乙基，萘甲基等。
本發(fā)明中的“芳烯基”可以含有8至24個(gè)碳原子，其中該芳基部分限定為上文所述的芳基而該烯基部分是直鏈或支鏈的。它們的實(shí)例包括苯乙烯基，苯丙烯基，苯丁烯基，萘乙烯基，萘丙稀基等。
本發(fā)明中的“芳基-環(huán)烴基”可以含有9至24個(gè)碳原子，其中該芳基部分限定為上文所述的芳基而該環(huán)烴基部分是飽和或不飽和的。它們的實(shí)例包括苯基環(huán)丙基，苯基環(huán)戊基，苯基環(huán)己基，萘基環(huán)丙基，萘基環(huán)戊基，萘基環(huán)己基等。
本發(fā)明中的“雜環(huán)殘基”可以含有不飽合5元環(huán)或者6元環(huán)并含有一個(gè)或多個(gè)雜原子(例如氮原子，氧原子，硫原子等)。它們的實(shí)例包括呋喃基，噻吩基，吡啶基，嘧啶基，喹啉基等。
本發(fā)明中的“烷氧羰基”可以是含有2至8個(gè)碳原子的直鏈或支鏈烷氧羰基。它們的實(shí)例包括甲氧羰基，乙氧羰基，丙氧羰基，丁氧羰基，異丁氧羰基，仲丁氧羰基，叔丁氧羰基，戊氧羰基，己氧羰基，庚氧羰基等，優(yōu)選甲氧羰基和乙氧羰基。
對(duì)于R2的烷基，不飽和烴基，環(huán)烷基，芳烷基，芳基，芳烯基，芳基-環(huán)烴基和雜環(huán)殘基可選地用1個(gè)或多個(gè)取代基取代。取代基的實(shí)例包括含有1至12個(gè)碳原子的直鏈或支鏈烷基(例如甲基，乙基，丙基，異丙基，丁基，異丁基，仲丁基，叔丁基，戊基，己基，庚基，辛基，壬基，癸基，十二烷基等)，不飽和烴基，鹵原子(氟原子，氯原子，溴原子，碘原子)，含有1至12個(gè)碳原子的直鏈或支鏈烷氧基(例如甲氧基，乙氧基，丙氧基，異丙氧基，丁氧基，異丁氧基，仲丁氧基，叔丁氧基，戊氧基，己氧基，庚氧基，辛氧基，壬氧基，癸氧基，十二烷氧基等)，羧基，雜環(huán)殘基等等。
優(yōu)選地，該咪唑化合物可以以一定范圍的濃度存在于該溶液中，例如0.01至25wt％。本說明書以重量百分比表示所有的濃度?？梢源嬖趩我活愋偷倪溥蚧衔?，或者可以使用咪唑化合物的混合物。更優(yōu)選地，該溶液包含0.05至10wt％的咪唑化合物且對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，0.1至5wt％的咪唑化合物濃度可提供足夠的阻擋層去除速率。該咪唑化合物最優(yōu)選的濃度是1wt％。
優(yōu)選地，該溶液包含0.001至6wt％的抑制劑以便控制由靜態(tài)腐蝕或其它去除機(jī)制產(chǎn)生的銅去除速率。調(diào)節(jié)抑制劑的濃度可通過保護(hù)金屬不受靜態(tài)腐蝕從而調(diào)節(jié)該金屬的去除速率。該溶液優(yōu)選包含0.02至5wt％用于抑制銅或銀互連的靜態(tài)腐蝕的抑制劑。該抑制劑可以由抑制劑的混合物組成。唑類抑制劑對(duì)銅互連特別有效。典型的唑類抑制劑包括苯并三唑(BTA)，巰基苯并噻唑(MBT)和甲苯三唑(TTA)。BTA對(duì)于銅是特別有效的抑制劑。
優(yōu)選地，本發(fā)明的組合物包含至少3比1的咪唑與抑制劑(例如BTA)的比值以便有效去除銅。更優(yōu)選地，該組合物包含至少10比1的咪唑與抑制劑的比值以便有效去除銅。最優(yōu)選地，該組合物包含至少25比1的咪唑與抑制劑的比值以便有效去除銅。
除抑制劑之外，該溶液包含0.05至10wt％該非鐵金屬的配位劑。當(dāng)存在時(shí)，該配位劑可通過溶解該非鐵互連金屬來防止已形成的金屬離子的沉淀。最優(yōu)選地，該溶液包含0.1至5wt％的非鐵金屬配位劑。典型的配位劑包括乙酸，檸檬酸，乙酰乙酸乙酯，羥基乙酸，乳酸，蘋果酸，草酸，水楊酸，二乙基二硫代氨基甲酸鈉，丁二酸，酒石酸，巰基乙酸，甘氨酸，丙氨酸，天冬氨酸，乙二胺，三甲基二胺，丙二酸，戊二酸(gluteric acid)，3-羥基丁酸，丙酸，鄰苯二甲酸，間苯二甲酸，3-羥基水楊酸，3，5-二羥基水楊酸，棓酸，葡萄糖酸，鄰苯二酚，連苯三酚，丹寧酸，包括它們的鹽和混合物。優(yōu)選地，該配位劑選自乙酸，檸檬酸，乙酰乙酸乙酯，羥基乙酸，乳酸，蘋果酸，草酸和它們的混合物。最優(yōu)選地，該配位劑是檸檬酸。
優(yōu)選地，該拋光組合物包含0.5至40wt％的研磨劑以便促進(jìn)阻擋層的去除。在這個(gè)范圍之內(nèi)，希望使研磨劑的存在量大于或等于1.0wt％，且優(yōu)選大于或等于2.0wt％。此外，在這個(gè)范圍內(nèi)希望該數(shù)量小于或等于25wt％，且優(yōu)選小于或等于20wt％。最優(yōu)選地，該研磨劑的濃度是10至15wt％。
該研磨劑具有小于或等于150納米(nm)的平均顆粒尺寸以便防止過度的金屬凹陷和電介質(zhì)腐蝕。對(duì)于本說明書而言，顆粒尺寸是指該研磨劑的平均顆粒尺寸。更優(yōu)選地，希望使用具有小于或等于100nm的平均顆粒尺寸的膠態(tài)研磨劑。此外，當(dāng)使用具有小于或等于50nm平均顆粒尺寸的膠態(tài)二氧化硅時(shí)可產(chǎn)生最小程度的電介質(zhì)腐蝕和金屬凹陷。此外，優(yōu)選的膠態(tài)研磨劑可以包含添加劑，例如分散劑，表面活性劑和緩沖劑以便提高該膠態(tài)研磨劑的穩(wěn)定性。一種這樣的膠態(tài)研磨劑是法國Clariant S.A.，Puteaux生產(chǎn)的膠態(tài)二氧化硅。
該拋光組合物包含用于“機(jī)械”去除所希望層的研磨劑。合適的研磨劑的實(shí)例包括下列無機(jī)氧化物，具有氫氧化物涂層的無機(jī)氧化物，金屬硼化物，金屬碳化物，金屬氮化物，或包含前述研磨劑中至少一種的組合。適合的無機(jī)氧化物包括，例如二氧化硅(SiO2)，包覆有水合氧化鋁的二氧化硅顆粒，包覆有二氧化硅的不同不等軸度(anisometry)的橢球形顆粒，包覆有氫氧化鈰顆粒的二氧化硅顆粒，氧化鋁(Al2O3)，氧化鈦(TiO2)，氧化鋯(ZrO2)，氧化鈰(CeO2)，氧化錳(MnO2)，和包含前述無機(jī)氧化物中至少一種的組合。
已發(fā)現(xiàn)氧化鋁顆粒會(huì)形成硅酸鋁。硅酸鋁是一種可與氧化硅表面締合的兩性物質(zhì)。因此一旦形成，該硅酸鋁趨向于停留在氧化硅的表面并對(duì)其進(jìn)行保護(hù)?？梢岳迷S多形式的氧化鋁，例如α-氧化鋁，γ-氧化鋁，δ-氧化鋁，和無定形(非晶態(tài))氧化鋁。適合的氧化鋁的實(shí)例是勃姆石(AlO(OH))。如果需要也可以利用這些無機(jī)氧化物的改良形式例如聚合物包覆的無機(jī)氧化物顆粒。適合的金屬碳化物，硼化物和氮化物包括，例如碳化硅，氮化硅，碳氮化硅(SiCN)，碳化硼，碳化鎢，碳化鋯，硼化鋁，碳化鉭，碳化鈦，或包含前述金屬碳化物，硼化物，氮化物中至少一種的混合物。如果需要也可以使用金剛石作為研磨劑。可選的研磨劑還包括聚合物顆粒和包覆聚合物顆粒。優(yōu)選的研磨劑是膠態(tài)二氧化硅。
優(yōu)選地，本組合物和方法可提供優(yōu)異的受控銅拋光。具體地，本發(fā)明的水性組合物適用于“調(diào)節(jié)”銅的去除速率以滿足期望的應(yīng)用。也就是說，可以利用本組合物來加速從半導(dǎo)體晶片上去除銅同時(shí)最大程度上減小腐蝕問題。該組合物利用已知的銅抑制劑，咪唑，出乎意料地加速了銅的去除。特別地，利用抑制劑的組合或相互作用(例如咪唑和BTA)來加速銅的去除。據(jù)認(rèn)為咪唑與BTA“競(jìng)爭(zhēng)”銅，提供了銅去除速率的凈增加或提高，而不是減小該去除速率。
在包含余量水的溶液中該咪唑化合物可以在寬的pH范圍上提供效力。該溶液的有用pH范圍是至少2至13。另外，該溶液優(yōu)選依靠余量的去離子水來限制附帶的雜質(zhì)。本發(fā)明的拋光流體的pH優(yōu)選為7至12，更優(yōu)選7.5至10的pH。用來調(diào)節(jié)本發(fā)明漿料的pH的堿可以是包含銨離子的堿，例如氫氧化銨，包含烷基取代銨離子的堿，包含堿金屬離子的堿，包含堿土金屬離子的堿，包含IIIB族金屬離子的堿，包含IVB族金屬離子的堿，包含VB族金屬離子的堿和包含過渡金屬離子的鹽。設(shè)定的堿性范圍的pH不但用于去除阻擋層表面，而且有助于本發(fā)明的漿料保持穩(wěn)定。對(duì)于該拋光漿料，可以通過已知技術(shù)對(duì)pH進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如，可以向其中分散有二氧化硅研磨劑和溶解有有機(jī)酸的漿料中直接加入堿?；蛘撸梢詫⒋尤雺A的一部分或全部以有機(jī)堿性鹽的形式加入?？梢允褂玫膲A的實(shí)例包括堿金屬的氫氧化物例如氫氧化鉀，堿金屬的碳酸鹽例如碳酸鉀，氨和胺。
可選地，該溶液可包含0至10wt％的氧化劑。該可選地氧化劑優(yōu)選在0.01至5wt％的范圍之內(nèi)。該氧化劑可以是許多氧化性化合物中的至少一種，例如過氧化氫(H2O2)，單過硫酸鹽，碘酸鹽，過鄰苯二甲酸鎂(magnesium perphthalate)，過乙酸和其它過酸，過硫酸鹽，溴酸鹽，高碘酸鹽，硝酸鹽，鐵鹽，鈰鹽，Mn(III)鹽，Mn(IV)鹽和Mn(VI)鹽，銀鹽，銅鹽，鉻鹽，鈷鹽，鹵素，次氯酸鹽和它們的混合物。此外，通常優(yōu)選使用氧化劑化合物的混合物。當(dāng)該拋光漿料包含不穩(wěn)定氧化劑例如過氧化氫時(shí)，通常最優(yōu)選在使用時(shí)將該氧化劑混入該漿料。
可選地，該新型拋光組合物可包含約0至10wt％的熱塑性聚合物。該組合物優(yōu)選包含約0.05至2wt％的熱塑性聚合物。此外，該熱塑性聚合物具有1,000至1,000,000克/摩爾的重均分子量，如通過凝膠滲透色譜(GPC)所測(cè)。在一個(gè)實(shí)施方案中，該熱塑性聚合物具有3,000至500,000克/摩爾的重均分子量。在另一個(gè)實(shí)施方案中，該熱塑性聚合物具有5,000至100,000克/摩爾的重均分子量。在又一個(gè)實(shí)施方案中，該熱塑性聚合物具有10,000至30,000克/摩爾的重均分子量。
可以在該拋光組合物中使用的典型熱塑性聚合物是低聚物，聚合物，離子交聯(lián)聚合物，樹枝狀聚合物，共聚物例如嵌段共聚物，接枝共聚物，星型嵌段共聚物，無規(guī)共聚物等，或包含前述聚合物中至少一種的組合?？稍谠搾伖饨M合物中使用的適合的熱塑性聚合物的實(shí)例是聚縮醛，聚丙烯酸，聚碳酸酯，聚苯乙烯，聚酯，聚酰胺，聚酰胺酰亞胺，多芳基化合物，聚芳基砜，聚醚砜，聚苯硫醚，聚砜，聚酰亞胺，聚醚酰亞胺，聚四氟乙烯，聚醚酮，聚醚醚酮，聚醚酮酮，聚苯并噁唑，聚噁二唑，聚苯并噻嗪并吩噻嗪，聚苯并噻唑，聚吡嗪并喹喔啉，聚均苯四甲酰亞胺，聚喹喔啉，聚苯并咪唑，聚羥吲哚，聚氧代異吲哚啉(polyoxoisoindoline)，聚二氧代異吲哚啉，聚三嗪，聚噠嗪，聚哌嗪，聚吡啶，聚哌啶，聚三唑，聚吡唑，聚碳硼烷，聚氧雜二環(huán)壬烷(polyoxabicyclononane)，聚二苯并呋喃，聚苯并呋喃酮(polyphthalides)，聚縮醛，聚酸酐，聚乙烯醚，聚乙烯硫醚，聚乙烯醇，聚乙烯酮，聚鹵乙烯，聚乙烯腈，聚乙烯酯，聚磺酸酯，聚硫化物，聚硫酯，聚砜，聚砜酰胺，聚脲，聚磷腈，聚硅氮烷等，或包含前述熱塑性聚合物中至少一種的組合。優(yōu)選的熱塑性聚合物是聚乙烯醇。聚乙烯醇熱塑性聚合物的典型重均分子量是約13,000至約23,000克/摩爾。
另外，也可以使用熱塑性聚合物的共混物。熱塑性聚合物共混物的實(shí)例包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/尼龍，聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/聚氯乙烯，聚苯醚/聚苯乙烯，聚苯醚/尼龍，聚砜/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，聚碳酸酯/熱塑性聚氨酯，聚碳酸酯/聚對(duì)苯二甲酸乙二酯，聚碳酸醇酯/聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯，熱塑性彈性體合金，尼龍/彈性體，聚酯/彈性體，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯/聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯，縮醛/彈性體，苯乙烯-順丁烯二酸酐/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，聚醚醚酮/聚醚砜，聚乙烯/尼龍，聚乙烯/聚縮醛等，和包含前述熱塑性聚合物共混物中至少一種的組合。
作為該熱塑性聚合物的一個(gè)選擇，該新型拋光組合物可以包含約0至10wt％的聚乙烯吡咯烷酮。在一個(gè)實(shí)施方案中，該聚乙烯吡咯烷酮的存在量是約0.01至約5wt％。在另一個(gè)實(shí)施方案中，該聚乙烯吡咯烷酮的存在量是約0.1至約2wt％。聚乙烯吡咯烷酮的重均分子量是100至1,000,000克/摩爾，如通過GPC所測(cè)。在一個(gè)實(shí)施方案中，該聚乙烯吡咯烷酮具有500至500,000克/摩爾的重均分子量。在另一個(gè)實(shí)施方案中，該聚乙烯吡咯烷酮具有1,000至250,000克/摩爾的重均分子量。在又一個(gè)實(shí)施方案中，該聚乙烯吡咯烷酮具有5,000至100,000克/摩爾的重均分子量。該聚乙烯吡咯烷酮聚合物的典型重均分子量是約8,000至約12,000克/摩爾，且最優(yōu)選10,000克/摩爾的重均分子量。
可選地，可以利用聚乙烯吡咯烷酮和熱塑性聚合物的混合物，而不是單獨(dú)使用聚乙烯吡咯烷酮或熱塑性聚合物。優(yōu)選地，希望以1∶10至100∶1的重量比分別利用該聚乙烯吡咯烷酮和熱塑性聚合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，希望以1∶5至50∶1的重量比分別利用該聚乙烯吡咯烷酮和熱塑性聚合物。在另一個(gè)實(shí)施方案中，希望以1∶5至60∶1的重量比分別利用該聚乙烯吡咯烷酮和熱塑性聚合物。在又一個(gè)實(shí)施方案中，希望以1∶3至10∶1的重量比分別利用該聚乙烯吡咯烷酮和熱塑性聚合物。優(yōu)選的混合物包含聚乙烯吡咯烷酮，和聚乙烯醇。
雖然本發(fā)明的拋光流體對(duì)去除銅特別有效，但是本發(fā)明也適用于包含導(dǎo)電金屬例如鋁，鎢，鉑，鈀，金或銥；阻擋層或襯膜(liner film)，例如鉭，氮化鉭，鈦，或氮化鈦；和下層的電介質(zhì)層的任何半導(dǎo)體襯底。對(duì)本說明書而言，術(shù)語電介質(zhì)是指介電常數(shù)為k的半導(dǎo)電材料，該材料包括低k和超低k電介質(zhì)材料。本方法可去除銅同時(shí)對(duì)常規(guī)電介質(zhì)和低k電介質(zhì)材料以及鉭阻擋層材料影響很小。該溶液和方法可以極好的防止多晶片組分的侵蝕，例如多孔和無孔低-k電介質(zhì)，有機(jī)和無機(jī)低-k電介質(zhì)，有機(jī)硅酸鹽玻璃(OSG)，氟硅酸鹽玻璃(FSG)，碳摻雜氧化物(CDO)，原硅酸四乙酯(TEOS)和衍生自TEOS的氧化硅。
該拋光溶液還可以包含均平劑例如氯化銨以便控制互連金屬的表面光潔度。除此之外，該溶液可選包含殺菌劑以限制生物污染。例如，水中的KordekMLX殺菌劑2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮(Rohm and Haas Company)對(duì)于許多應(yīng)用提供了有效的殺菌劑。典型以供應(yīng)商所規(guī)定的濃度使用該殺菌劑。
該組合物和方法提供了優(yōu)異的受控銅拋光。特別地，本發(fā)明的銅去除劑適合于“調(diào)節(jié)”銅的去除速率以便滿足期望的用途。也就是說，可以利用本組合物來加速從半導(dǎo)體晶片上去除銅。該組合物利用已知的銅抑制劑出乎意料地加速了銅的去除。
實(shí)施例在實(shí)施例中，數(shù)字代表本發(fā)明的實(shí)施例而字母代表對(duì)照實(shí)施例。所有的實(shí)施例溶液均含有0.005wt％的水中的KordekMLX殺菌劑2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮和0.01wt％的氯化銨光亮劑。另外，所有的實(shí)施例溶液均包含0.3wt％的檸檬酸，0.2wt％的聚乙烯吡咯烷酮和0.8wt％的過氧化氫。
實(shí)施例1本試驗(yàn)對(duì)從半導(dǎo)體晶片上去除氮化鉭阻擋層，碳摻雜氧化物電介質(zhì)層和銅的速率進(jìn)行測(cè)定。具體地，本試驗(yàn)測(cè)定第二步拋光操作中咪唑的添加對(duì)于銅去除速率的影響，其與BTA濃度相關(guān)。利用Strausbaugh拋光機(jī)使用Politex聚氨酯拋光墊(Rodel，Inc.)在約1.5psi的下壓力條件和200cc/min的拋光液流速，93RPM的工作臺(tái)轉(zhuǎn)速和87RPM的托架轉(zhuǎn)速下對(duì)試樣進(jìn)行平坦化。使用KOH和HNO3將拋光液的pH調(diào)節(jié)至9。所有的溶液均包含去離子水。另外，拋光液包含12wt％平均顆粒尺寸為50nm的二氧化硅研磨劑。
表1第二步拋光結(jié)果

如表1所示，向漿料中添加咪唑通常會(huì)提高銅的去除速率。具體地，當(dāng)咪唑與BTA的重量百分比的比值至少為3比1時(shí)加速了銅的去除速率。在試驗(yàn)1-3中，當(dāng)將咪唑的重量百分比從0.10增加到1.00且BTA保持在0.02wt％不變時(shí)，銅的拋光速率從199/min提高到669/min。類似地，在試驗(yàn)4-6中，當(dāng)將咪唑的重量百分比從0.10增加到1.00且BTA保持在0.05wt％不變時(shí)，銅的拋光速率從167/min提高到333/min。此外，在試驗(yàn)7-9中，當(dāng)將咪唑的重量百分比從0.10增加到1.00且BTA保持在0.035wt％不變時(shí)，銅的拋光速率從201/min提高到424/min。當(dāng)咪唑與BTA重量百分比的比值為2比1時(shí)沒有提高銅的拋光速率。通過添加咪唑，碳摻雜氧化物和氮化鉭的拋光速率相對(duì)未受影響。
實(shí)施例2在這個(gè)試驗(yàn)中，用靜態(tài)電化學(xué)電池測(cè)定添加咪唑后銅的靜態(tài)腐蝕速率。所有的實(shí)施例溶液均與上述實(shí)施例1相同。由測(cè)試試樣的計(jì)算的平均Ecorr/Icorr值測(cè)定該漿料的靜態(tài)腐蝕速率(/min)。
表2

如上述表2所示，當(dāng)咪唑的濃度增加時(shí)，銅的靜態(tài)腐蝕速率提高。具體地，當(dāng)向含0wt％咪唑的測(cè)試試樣A中加入0.gwt％的咪唑時(shí)靜態(tài)腐蝕速率從0.36/min提高到0.62/min。另外，該靜態(tài)腐蝕速率在許可速率之內(nèi)從而可以避免腐蝕問題。
權(quán)利要求
1.用于拋光半導(dǎo)體晶片上的銅的水性組合物，該組合物包含0.001至6wt％的非鐵金屬抑制劑，0.05至10wt％該金屬的配位劑，0.01至25wt％用于加速銅的去除的銅去除劑，0.5至40wt％的研磨劑，和0至10wt％選自聚乙烯吡咯烷酮，熱塑性聚合物和它們的混合物的化合物，其中該銅去除劑是咪唑。
2.權(quán)利要求1的組合物，其中該咪唑是選自下式的化合物 其中，R1和R2選自氫原子，可選含有取代基的烷基，可選含有取代基的不飽和烴基，可選含有取代基的環(huán)烷基，可選含有取代基的芳烷基，可選含有取代基的芳烯基，可選含有取代基的芳基-環(huán)烴基，可選含有取代基的芳基，可選含有取代基的雜環(huán)殘基和可選含有取代基的烷氧羰基和它們的組合。
3.權(quán)利要求1的組合物，其中該咪唑與該抑制劑的重量百分比的比值是至少3比1。
4.權(quán)利要求1的組合物，其中該咪唑的重量百分比是0.01至5。
5.權(quán)利要求1的組合物，其中該抑制劑是苯并三唑。
6.權(quán)利要求1的組合物，其中該熱塑性聚合物是聚乙烯醇。
7.權(quán)利要求1的組合物，其中該水性組合物具有7.5至10的pH。
8.用于拋光半導(dǎo)體晶片上的銅的水性組合物，該組合物包含0.001至6wt％的苯并三唑以抑制銅的腐蝕，0.05至10wt％的銅配位劑，0.01至25wt％用于加速銅的拋光的咪唑，0.5至40wt％的研磨劑，0至10wt％的氧化劑和0至10wt％選自聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯醇和它們的混合物的化合物和余量的水，其中咪唑與苯并三唑的重量百分比的比值是至少3比1。
9.用于從半導(dǎo)體晶片上拋光銅的方法，該方法包括使晶片與拋光組合物接觸，該晶片包含銅，該拋光組合物包含0.001至6wt％的非鐵金屬抑制劑，0.05至10wt％該金屬的配位劑，0.01至25wt％的咪唑，0.5至40wt％的研磨劑，0至10wt％的氧化劑和0至10wt％選自聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯醇和它們的混合物的化合物和余量的水；和用拋光墊拋光該晶片，其中咪唑可以加速銅的拋光。
10.權(quán)利要求9的方法，其中該咪唑是選自下式的化合物 其中，R1和R2選自氫原子，可選含有取代基的烷基，可選含有取代基的不飽和烴基，可選含有取代基的環(huán)烷基，可選含有取代基的芳烷基，可選含有取代基的芳烯基，可選含有取代基的芳基-環(huán)烴基，可選含有取代基的芳基，可選含有取代基的雜環(huán)殘基和可選含有取代基的烷氧羰基和它們的組合。
全文摘要
本發(fā)明提供了適用于拋光半導(dǎo)體晶片上的銅的水性組合物，該組合物包含0.001至6wt％的非鐵金屬抑制劑，0.05至10wt％該金屬的配位劑，0.01至25wt％用于加速銅的去除的銅去除劑，0.5至40wt％的研磨劑，和0至10wt％選自聚乙烯吡咯烷酮，熱塑性聚合物和它們的混合物的化合物，其中該銅去除劑是咪唑。
文檔編號(hào)H01L21/461GK1644640SQ20041010467
公開日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2004年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月19日
發(fā)明者J·G·阿梅恩, R·L·小拉瓦伊, J·匡西, J·K·索, T·M·托馬斯, 葉倩萩 申請(qǐng)人:Cmp羅姆和哈斯電子材料控股公司