降低半導體晶片磨蝕的化學機械磨平組合物的製作方法
2023-05-30 14:26:26 2
專利名稱：降低半導體晶片磨蝕的化學機械磨平組合物的製作方法
技術領域：
本公開內容涉及半導體晶片的化學機械磨平(CMP)，更具體地說，涉及能去除半導體晶片阻隔材料的同時又對存在的底層介電層有低的磨蝕的化學機械磨平(拋光)組合物以及除去半導體晶片阻隔材料的磨平方法。
背景技術：
半導體工業依賴於半導體晶片上形成的集成電路中金屬與金屬間的相互連接。這些互連的金屬如鋁、銅、金、鎳和鉑族金屬、銀、鎢、以及它們的合金具有很低的電阻率。銅金屬連接具有優良的導電率且成本低廉。由於銅是高度溶於許多介電材料如二氧化矽或二氧化矽的摻雜變體中的，因此集成電路製造者通常塗一層擴散阻隔層以阻止銅向介電層擴散。例如，保護介電層的阻隔層包括鉭、氮化鉭、鉭-氮化矽、鈦、氮化鈦、鈦-氮化矽、鈦-氮化鈦、鈦-鎢、鎢、氮化鎢，以及鎢-氮化矽。
製造晶片時，採用CMP工藝使半導體基體在沉積金屬連接層後得以磨平。一般來說，拋光工藝採用「第一步」淤漿專門用來迅速去除金屬連接。其後，CMP工藝還包括「第二步」淤漿以去除阻隔層。一般第二步淤漿能選擇性去除阻隔層而不會對連接結構的物理結構或電性能產生負面影響。除此以外，第二步淤漿還應對介電質有低磨蝕速率。磨蝕是指在CMP加工期間由於去除某部分介電層而在介電層表面上形成的不需要的凹進部分。發生在鄰近溝槽的金屬的磨蝕會引起電路連接方面的尺寸缺陷。這類缺陷會使經電路連接的電信號的傳輸發生衰減，並對後續製作造成損害。阻隔層的去除速率對金屬連接或介電層的去除速率之比通稱為選擇比。對本說明書來說，去除速率是指以單位時間厚度變化所表示的去除速率，如每分鐘埃。
通常，去除阻隔層的CMP組合物要求有較高的磨料濃度如在流體CMP組合物中至少7.5重量％的磨料以去除阻隔材料。然而，這種高濃度磨料淤漿往往會使介電層磨蝕速率過高而不符合要求。除此之外，高濃度磨料還會導致低k介電層從半導體晶片上剝離或脫層。而且，低k介電層的剝離或脫層在壓力為21.7千帕(3磅/平方英寸)和以上時還會引起更大的問題。
Uchida等人的歐洲專利EP1150341介紹了用於CMP工藝中的CMP組合物，該組合物包含氧化劑、氧化金屬蝕刻劑、磨料、保護性成膜劑，其中成膜劑包含羧酸聚合物和增溶劑。該組合物是用於第一步銅的去除的；因而它不能有效地去除阻隔層，同時又能降低對介電層的磨蝕。
該組合物仍不能滿足對水性CMP組合物能選擇性地去除鉭阻隔層的同時又降低時介電材料磨蝕的要求。此外，還需要能從已構圖的晶片上去除阻隔層的缺陷率低的CMP組合物。
發明內容
本發明提供了一種水性化學機械磨平組合物，該組合物包含促進阻隔層去除的氧化劑；磨料；降低金屬相互連接去除的緩蝕劑；以及包含具有至少一種含至少兩個羧酸官能度的聚合物重複單元的羧酸聚合物；其中化學機械磨平組合物的pH值低於或等於4，在磨盤壓力為13.8千帕時氮化鉭去除速率為銅去除速率的至少80％。
此外，本發明還包括磨平半導體晶片的方法，該方法包括將水性化學機械磨平組合物施加於晶片上，其中化學機械磨平組合物包含具有至少一種含至少兩個羧酸官能度的聚合物重複單元的羧酸聚合物、磨料和限制相互連接金屬去除的緩蝕劑，該組合物的pH值低於或等於4；對半導體晶片進行拋光，其中化學機械磨平組合物對氮化鉭的去除速率在磨盤壓力為13.8千帕時為銅去除速率的至少80％。
圖1是分別表示阻隔層、相互連接金屬和介電層的去除速率與聚馬來酸濃度(重量％)之間的關係曲線圖；圖2是分別表示對10微米/10微米、0.25微米/0.25微米、7微米/3微米和9微米/1微米結構特徵的磨蝕與聚馬來酸濃度(重量％)之間的關係曲線圖。
圖3是在銅晶片上用鹼性淤漿與用含羧酸聚合物的酸性淤漿進行磨平處理的缺陷率比較。
具體實施例方式
本CMP組合物是一種適用於在製造各種半導體晶片時去除阻隔層，同時又對介電材料的磨蝕速率降低的組合物。該化學機械磨平組合物包含在pH值小於4的酸性狀態下起作用、並能降低對介電材料的磨蝕的羧酸聚合物。具體地說，羧酸聚合物包含至少一種含至少兩個羧酸官能度的聚合物重複單元。該CMP組合物是一種去除阻隔層，對介電材料磨蝕降低的、且有可控的銅去除速率的組合物。通常用於集成電路的介電材料包括由矽烷衍生的含氧化矽材料如正矽酸四乙基酯(TEOS)，低k和/或超低k有機材料，CoralCVD SiOC(購自Novellus)，BLACK DIAMONDCVD SiOC(購自Applied Materials)，緻密的SiLK(紡制介電材料)和多孔SILK(紡制介電材料)(購自Dow Chemicals)，ZIRKON(紡制的多孔SiOC，購自Shipley)，AURORACVD SiOC(購自ASML以及TEFLON聚四氟乙烯(購自DuPont)。
用於CMP組合物中的羧酸聚合物優選是水溶性的。該羧酸聚合物優選是至少一種具有烯屬不飽和性的羧酸單體與至少一種以游離酸或其鹽形態的羧酸基團的聚合產物。鹽形態的實例包括鹼土金屬鹽和鹼金屬鹽。
在一個實施方案中，羧酸聚合物是由至少一種具有至少兩個羧酸官能度的羧酸單體的聚合產物所構成的，不存在其它共聚單體，即該羧酸聚合物是均聚物。在另一個實施方案中，羧酸聚合物是由至少一種具有至少兩個羧酸官能度的羧酸單體與至少一種可共聚單體或可共聚的聚合物的共聚產物所構成的。對本說明書來說，共聚物包括由兩種或兩種以上單體形成的聚合物。適用的可共聚單體包括例如烯烴單體、苯乙烯單體、氯乙烯單體、偏氯乙烯單體、丙烯腈單體以及包含至少一種上述可共聚單體的混合物。適用的可共聚的聚合物包括例如聚酯、聚碳酸酯類、聚醯胺、聚烯烴類、聚苯乙烯類、聚縮醛、聚丙烯酸類、聚碳酸酯類、聚醯胺醯亞胺、聚芳基化合物、聚氨酯，聚芳基碸、聚醚碸、聚亞芳基硫醚、聚氯乙烯、聚碸、聚醚醯亞胺、聚四氟乙烯、聚醚酮、聚醚醚酮以及包含至少一種上述聚合物的混合物。必須指出，當羧酸聚合物是至少一種羧酸單體與至少一種可共聚單體或可共聚的聚合物的共聚產物時，得到的羧酸聚合物仍是水溶性的。
在一個例證性實施方案中，羧酸聚合物中除了在聚合物主鏈中有羧酸官能度外，還可含有至少一個羧酸官能基團作為聚合物主鏈上的取代基。因此，該羧酸聚合物在聚合物主鏈中和在聚合物主鏈的取代基中都可有羧酸官能基團。
羧酸聚合物的數均分子量(Mn)為200-2000000克/摩爾(g/gmole)是合乎要求的。在此範圍內，採用數均分子量大於或等於400克/摩爾的羧酸聚合物是理想的。Mn低於或等於100000克/摩爾，優選低於或等於50000克/摩爾也是理想的。對本說明書來說，分子量是採用凝膠滲透色譜法測定的。
羧酸聚合物的使用量為0.01-5重量％是合乎要求。對本說明書來說，所有重量百分比都是相對於CMP組合物的總重量確定的，除非另有說明。在此範圍內，羧酸聚合物的使用量大於或等於0.05重量％，優選大於或等於0.1重量％是理想的。使用量為低於或等於3重量％，優選低於或等於2重量％也是理想的。
適用的羧酸聚合物包括例如聚天冬氨酸、聚穀氨酸、聚賴氨酸、聚蘋果酸、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸銨、聚甲基丙烯酸鈉、聚醯氨酸、聚馬來酸、聚衣康酸、聚富馬酸、聚(對苯乙烯羧酸)、聚丙烯酸、聚丙烯醯胺、氨基聚丙烯酸胺、聚丙烯酸銨、聚丙烯酸鈉、聚醯氨酸、聚醯胺銨、聚醯胺鈉、聚二羧乙酸以及包含至少一種上述聚合物的混合物。
優選的羧酸聚合物是具有下述式(I)結構的聚馬來酸
一種優選的商購聚馬來酸是購自Rohm and Haas的Optidose4210。聚馬來酸在所有pH值下都是穩定的，在配製期間不會沉析。任選的是，聚馬來酸可經部分或完全地中和。適用的中和離子是銨離子、鹼土金屬或鹼金屬離子，其中包括例如鋰、鈉、鉀、銣、銫、鎂、鈣以及包含至少一種上述離子的混合物。包含這些羧酸聚合物的CMP組合物能降低對介電材料的腐蝕速率，而仍能保持阻隔層的去除速率。
CMP組合物包含以「機械」方式去除阻隔層的磨料。該磨料優選是膠態磨料。磨料的實例包括無機氧化物、金屬硼化物、金屬碳化物、金屬氮化物或包含至少一種上述磨料的混合物。適用的無機氧化物包括例如二氧化矽(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鈰(CeO2)、二氧化錳(MnO2)以及包含至少一種上述磨料氧化物的混合物。根據需要，也可採用這些無機氧化物的改性形態如塗敷聚合物的無機氧化物微粒。適用的金屬碳化物、硼化物和氮化物包括例如碳化矽、氮化矽、碳氮化矽(SiCN)、碳化硼、碳化鎢、碳化鋯、硼化鋁、碳化鉭、碳化鈦以及包含至少一種上述金屬碳化物、硼化物和氮化物的混合物。根據需要，也可採用金剛石作為磨料。其它磨料還包括聚合物微粒和塗敷聚合物的微粒。優選的磨料是二氧化矽。
磨料的使用量0.05重量％-15重量％是合乎要求的。在此範圍內，磨料使用量大於或等於0.1重量％、優選大於或等於0.5重量％是理想的。磨料使用量低於或等於10重量％，優選低於或等於5重量％也是理想的。
為了防止金屬過度地形成凹形和對電介質的過度磨蝕，磨料的平均粒度應小於或等於150納米。對本說明書來說，粒度是指磨料的平均粒度。採用平均粒度小於或等於100納米，優選小於或等於75納米而更優選小於或等於50納米的磨料是理想的。採用平均粒度小於或等於50納米的二氧化矽有利於使介電材料的磨蝕和金屬凹形的形成降至最低。此外，優選的磨料還可包括添加劑如改善磨料在酸性pH值範圍內的穩定性的分散劑。一種這樣的磨料是購自Clariant S.A.(Pateanx，France)的膠態二氧化矽。
當磨料的粒度小於或等於50納米時，業已發現，CMP組合物能以高速率有利地去除阻隔層，同時又能降低對低k和超低k介電層的磨蝕。該CMP組合物也證明，降低組合物中磨料粒度能大大地減少凹形的形成和降低對介電層的磨蝕。在另一實施方案中，對含有平均粒度小於或等於50納米的磨料的CMP組合物來說，其粒度分布可至少是呈單眾數的。根據需要，粒度分布也可以是呈雙眾數或三眾數的。
如果CMP組合物不含磨料，則對化學機械磨平(CMP)工藝來說，磨盤的選擇和調節就變得更為重要。例如，對某些不含二氧化矽的組合物來說，固定的磨盤可提高拋光性能。
採用氧化劑，有利於阻隔層如鉭和氮化鉭的去除速率最優化。適用的氧化劑包括例如過氧化氫、單過硫酸鹽、磺酸鹽、過鄰苯二甲酸鎂，過乙酸及其它過酸、過硫酸鹽、溴酸鹽，過磺酸鹽、硝酸鹽、鐵鹽、鈰鹽、錳(Mn)(III)、Mn(IV)和Mn(VI)鹽、銀鹽、銅鹽、鉻鹽、鈷鹽、滷素、次氯酸鹽以及包含至少一種上述氧化劑的混合物。優選的氧化劑是過氧化氫。必須指出，氧化劑應在使用前臨時添加到CMP組合物中，在這種情況下氧化劑是單獨包裝的。氧化劑的添加量優選為0.1-10重量％，最優選用量為0.2-5重量％。
CMP組合物具有酸性pH值，以達到高的阻隔層去除速率，同時又能降低對介電層的磨蝕。用於相互連接的適用金屬包括例如鋁、鋁合金、銅、銅合金、金、金合金、鎳、鎳合金、鉑族金屬、鉑族合金、銀、銀合金、鎢和鎢合金，或包含至少一種上述金屬的混合物。優選的相互連接金屬是銅。在使用氧化劑如過氧化氫的酸性CMP組合物和淤漿中，主要由於銅的氧化，因而銅的去除速率和靜態蝕刻速率都是高的。為了降低相互連接金屬的去除速率，CMP組合物可包含主緩蝕劑和任選次緩蝕劑。緩蝕劑的作用是降低氧化劑對相互連接金屬的氧化。由於減少了相互連接金屬凹形的形成，因此有利於改善拋光性能。
優選的緩蝕劑是苯並三唑(BTA)。在一個實施方案中，CMP組合物包含較多量的BTA緩蝕劑來降低相互連接金屬的去除速率。緩蝕劑的用量為0.0025-6重量％。在此範圍內，用量大於或等於0.025％，優選大於或等於0.25重量％是理想的。用量小於或等於4重量％，優選小於或等於1重量％也是理想的。當採用BTA時，BTA在CMP組合物中的用量受溶解度限制，其用量可高達約2重量％或者達到在CMP組合物中的飽和濃度。優選的BTA濃度為0.0025-2重量％。還可任選向CMP組合物添加輔助緩蝕劑。輔助緩蝕劑是表面活性劑如例如陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑、兩性表面活性劑及聚合物，或有機化合物如吡咯。例如，輔助緩蝕劑可包括咪唑、甲苯並三唑或它們與BTA結合的混合物。最優選的輔助緩蝕劑是甲苯並三唑與BTA結合的混合物。
CMP組合物還包含無機或有機pH調節劑以降低CMP組合物的pH值達到低於或等於4的酸性pH值。適用的無機pH調節劑包括例如硝酸、硫酸、鹽酸、磷酸以及包含至少一種上述無機pH調節劑的混合物。優選的pH調節劑是硝酸(HNO3)。
CMP組合物的pH值小於或等於4是合乎要求的。在此範圍內，pH值大於或等於1，優選大於或等於1.5是理想的。pH值小於或等於3.5，優選小於或等於3也是理想的。對於CMP組合物的優選pH值範圍為1-4，最優選pH值為2-3。
在pH值低於3時，即使CMP組合物中磨料的重量百分濃度較低，CMP組合物也具有較高的阻隔金屬去除速率，同時對介電層有低的磨蝕速率。較低的磨料濃度，由於減少了不希望出現的磨料誘發的缺陷(如劃痕)而能提高CMP工藝的拋光性能。例如，粒度小至約10納米仍具有合乎要求的阻隔層去除速率，同時又能降低對介電層的磨蝕。通過採用較小粒度的磨料並以低濃度磨料配製CMP組合物能進一步降低對介電層的磨蝕。
任選的是，CMP組合物可包含螯合劑或絡合劑來調節相對於阻隔金屬去除速率的銅去除速率。螯合劑或絡合劑通過與銅形成螯合的金屬絡合物而改善銅的去除速率。適用的螯合劑包括例如羧酸、氨基羧酸及它們的衍生物以及包含至少一種上述螯合劑的混合物。優選的是，CMP組合物中螯合劑的用量為小於或等於2重量％(以CMP組合物總重量計)。任選的是，CMP組合物也可包含緩衝劑如各種有機酸和無機酸，在上述pH範圍內pKa為1.5-小於3的胺基酸或它們的鹽。任選的是，CMP組合物還可包含消泡劑如包括酯、環氧乙烷、醇、乙氧基化合物、矽化合物、氟化合物、醚、苷及它們的衍生物的非離子表面活性劑，以及包含至少一種上述表面活性劑的混合物。消泡劑也可以是兩性表面活性劑。化學機械磨平組合物也可任選包含pH緩衝劑、抗微生物劑和消泡劑。
CMP組合物可通過CMP裝置在低於21.7千帕(3磅/平方英寸)壓力下進行磨平操作。優選的磨盤壓力為3.5-21.7千帕(0.5-3磅/平方英寸)。在此範圍內，壓力低於或等於13.8千帕(2磅/平方英寸)，更優選低於或等於10.3千帕(1.5磅/平方英寸)而最優選為低於或等於約6.9千帕(1磅/平方英寸)是有利的。低的CMP磨盤壓力由於能減少劃痕或其它不希望出現的拋光缺陷而能提高拋光性能並能減少易碎材料破碎的危險性。例如，低介電常數材料在高應力下容易破損和脫層。包含多官能羧酸聚合物的CMP組合物可達到對阻隔層和銅有高的去除速率同時又能降低對有機材料制的低k和超低k介電層的磨蝕。在一個例證性實施方案中，可將CMP組合物調整至達到對阻隔層有高的去除速率而不會對低k或超低k介電層產生明顯的損害的有利程度。因此，為降低對具有各種寬度線條的已構圖晶片的磨蝕，採用此種CMP組合物是有利的。
在磨盤壓力為13.8千帕下，CMP組合物的氮化鉭去除速率為銅去除速率的至少80％，磨盤壓力是垂直於集成電路晶片並採用充填聚氨酯的多孔拋光碟測定的拋光碟壓力計量的。用於測定選擇性的特定拋光碟是IC1010TM充填聚氨酯的多孔拋光碟。優選的是，在磨盤壓力為13.78千帕下，CMP組合物的氮化鉭去除速率為銅的去除速率的至少80％，磨盤壓力是垂直於集成電路晶片並採用充填聚氨酯的多孔拋光碟測定的拋光碟壓力計量的。此外，該CMP組合物能使氮化鉭的去除速率比銅的去除速率高三倍或五倍。
下面將通過實施例對本發明的一些實施方案作詳細的說明。
實施例1下面實施例中的CMP組合物中所採用的各種材料的名稱列於表1。Klebosol PL150H25是購自Clariant的二氧化矽，平均粒度等於25納米的二氧化矽微粒為30重量％、pH值為2-3。該樣品中二氧化矽微粒已用水稀釋至4重量％。
表1
本實驗是測定CMP組合物在不同的組分濃度時的拋光性能。拋光實驗是採用由Strasbaugh提供的6EC拋光設備進行的。拋光碟是Rodel，Inc.提供的IC1010TM。拋光碟在每次拋光前進行調整。拋光是在壓力為6.9千帕(1磅/平方英寸)、拋光臺轉速為每分鐘120轉(rpm)，載料盤轉速為114rpm下進行的。CMP組合物供入速率(淤漿流速率)為200毫升/分鐘。
在本實驗中，用不同濃度的聚馬來酸製備幾種如表1所列的淤漿。每種組合物中其它組分濃度是相同的Klebosol PL150H25為4重量％、BTA為0.6重量％、H2O2為0.5重量％及溶液的pH值為2.5。對照實施例用字母表示，CMP組合物用數字表示。表2列出了對氮化鉭(TaN)、銅(Cu)、TEOS、CDO和SiCN的去除速率(RR)(埃/分鐘)。
表2
將表2結果繪製成圖1所示的曲線。圖1圖示了阻隔層和介電層的去除速率與聚馬來酸濃度(重量％)之間的關係，曲線顯示在濃度低於或等於0.1重量％時，聚馬來酸濃度變化對TaN、銅和TEOS的去除速率沒有明顯的影響。然而，在濃度低於或等於0.1重量％時，CDO和SiCN的去除速率會隨著聚馬來酸濃度升高而下降。
使用表2所列各種CMP組合物測定具有各種不同寬度和密度的線條(稱為結構)(見表3)的圖形的構圖晶片的拋光性能。表3列出了854TEOS構圖晶片上線條寬度和線條之間的間隔。
表3
實施例2在表4中，使用表2中對照組合物A拋光線條寬度和間隔如表3所列的854 TEOS構圖晶片。分別在構圖的中心(中央管芯)、構圖中部(中部管芯)和構圖的邊緣(邊緣管芯)讀取數據。然後將讀取的中心、中部和邊緣的數據進行平均並報告於表4中。對100微米/100微米、50微米/50微米和10微米/10微米結構測得的數據反映凹形的形成，而對7微米/3微米、9微米/1微米和0.25微米/0.25微米結構測得的數據反映對層間介電層的磨蝕。這一實驗是為測定CMP組合物改變組分濃度時的拋光性能。拋光實驗是採用Mirra拋光裝置(由Applied Materials提供)進行的。拋光碟是Rodel Inc.提供的IC1010TM。在每次試驗前對拋光碟進行調整。拋光操作是在壓力為6.9千帕(1磅/平方英寸)、拋光臺轉速為120轉/分鐘、載料盤轉速為114轉/分鐘的條件下進行的。CMP組合物的供料速率(淤漿流速率)為200毫升/分鐘。
表4所列數值代表以埃為單位的地形深度(topographic depth)。
表4
表4所列數據表明，含0.1重量％聚馬來酸的組合物4改進了對構圖結構的磨蝕性能。對0.25微米/0.25微米結構和7微米/3微米結構的效果最為顯著。組合物4所得的負結果表示磨平表面上銅的凸起。
實施例3採用實施例2的拋光條件，添加組合物3對上述構圖晶片重複上述試驗。數據繪於圖2，曲線分別表示10微米/10微米、0.25微米/0.25微米、7微米/3微米、和9微米/1微米結構的磨蝕特徵。結果再一次確證聚馬來酸顯著地改進了磨蝕性能。
從這些實驗可以看到，含有羧酸聚合物聚馬來酸的CMP組合物不會影響或降低阻隔層的去除速率，而能降低對低k或超低k介電層的磨蝕損壞。CMP組合物有利於在低磨盤壓力6.9千帕(1磅/平方英寸)下工作，並能在高地形集成電路器件的製造中使用，降低對介電層的磨蝕，同時保持高的阻隔層的去除速率。
實驗數據也表明降低CMP組合物中磨料的粒度能大大地減少凹形的形成和降低對介電層的磨蝕。因此，平均粒度小於或等於9納米的磨料會形成最佳的凹形和具有最佳的磨蝕性能。當平均粒度從25納米降至9納米時，即使TaN去除速率下降，也有足夠高的去除速率進而有效實施去除阻隔的第二步CMP過程。
實施例4該實驗是在Applied Materials提供的Mirra型拋光裝置上進行的。拋光碟是Rodel，Inc.提供的IC1010TM。在每一試驗前對拋光碟進行調整。拋光操作是在壓力為10.3千帕(1.5磅/平方英寸)，拋光臺轉速為93轉/分鐘，載料盤轉速為87轉/分鐘的條件下進行的。CMP組合物的供料速率(淤漿流速率)為200毫升/分鐘。供缺陷試驗的銅片晶片先經商購的淤漿EPL2362(Ethernal Chemical Co.，Ltd.製造)，以CUP4410拋光碟(Rodel，Inc.提供)預拋光1分鐘，拋光操作的參數為壓力21.7千帕(3磅/平方英寸)，拋光臺轉速93轉/分鐘，載料盤轉速87轉/分鐘，以及淤漿供料速率200毫升/分鐘。這一預拋光步驟是為了獲得新鮮的銅表面。然後，用組合物4的淤漿和常規鹼淤漿對經預拋光的銅片晶片進行拋光。
拋光後，在Applied Materials製造的Orbot探傷器具上計數缺陷數。常規鹼淤漿造成的缺陷總數為2989；本發明組合物4造成的缺陷總數為314。如圖3所示，第二步驟阻隔物拋光酸性組合物提供了優於常規的含高濃度磨料的阻隔物鹼性淤漿的對缺陷率的改進作用。
化學機械磨平組合物能有選擇去除鉭阻隔層，同時又能降低對介電材料的磨蝕。此外，可通過調整組合物來控制阻隔層的去除速率、相互連接金屬的去除速率和介電層的去除速率。控制阻隔層去除速率的因素包括平均粒度、微粒濃度、pH值和氧化劑濃度。控制相互連接金屬去除速率的因素包括緩蝕劑濃度、平均粒度、微粒濃度和氧化劑濃度。此外，調整介電層去除速率的因素包括羧酸聚合物類型，羧酸聚合物濃度，平均粒度和微粒濃度。調整上述因素可獲得能簡便地調整多種集成線路圖中阻隔層和互連金屬的去除速率的CMP組合物。
權利要求
1.一種水性化學機械磨平組合物，該組合物包含促進阻隔層去除的氧化劑；磨料；降低互連金屬去除的緩蝕劑；以及羧酸聚合物，該聚合物包含至少一種含至少兩個羧酸官能度的聚合物重複單元，其中該化學機械磨平組合物的pH值小於或等於4，在磨盤壓力為13.8千帕時的氮化鉭的去除速率為銅去除速率的至少80％。
2.權利要求1的組合物，其中羧酸聚合物包括均聚物或共聚物。
3.權利要求1的組合物，其中羧酸聚合物包括聚馬來酸。
4.權利要求1的組合物，該組合物的pH值為1.5-4。
5.一種水性化學機械磨平組合物，該組合物包含0.05-15重量％磨料；0.1-10重量％氧化劑；0.0025-2重量％苯並三唑；以及0.01-5重量％羧酸聚合物，其中聚合物的至少一種重複單元含有至少兩個羧酸官能度，其中該化學機械磨平組合物的pH值小於或等於4，在磨盤壓力為13.8千帕下，氮化鉭的去除速率為銅去除速率的至少90％。
6.權利要求5的組合物，其中羧酸聚合物包括均聚物或共聚物。
7.權利要求5的組合物，其中羧酸聚合物包括聚馬來酸。
8.磨平半導體晶片的方法，該方法包括將水性化學機械磨平組合物施加於晶片上，該組合物包含其中至少一種聚合物重複單元含有至少兩個羧酸官能度的羧酸聚合物；磨料和限制互連金屬去除的緩蝕劑，其中化學機械磨平組合物的pH值小於或等於4；和對半導體晶片進行拋光，其中化學機械磨平組合物在磨盤壓力為13.8千帕下對氮化鉭的去除速率為銅去除速率的至少80％。
9.磨平半導體晶片的方法，該方法包括將水性的化學機械磨平組合物施加於晶片上，其中組合物包含0.05-15重量％磨料；0.1-10重量％氧化劑；0.0025-2重量％苯並三唑以及0.01-5重量％羧酸聚合物，其中聚合物中的至少一種重複單元含至少兩個羧酸官能度，其中該化學機械磨平組合物的pH值低於或等於4，上述重量百分比都以CMP組合物總重量計，和在磨盤壓力小於或等於約21.7千帕下對半導體晶片進行拋光，其中化學機械磨平組合物的氮化鉭對銅的選擇性為銅去除速率的至少80％。
10.權利要求9的方法，其中羧酸聚合物包括聚馬來酸。
全文摘要
一種含水化學機械磨平組合物包括用於促進阻隔層去除的氧化劑和磨料。緩蝕劑降低了互連金屬的去除。該組合物具有包含至少一種含至少兩個羧酸官能度的聚合物重複單元的羧酸聚合物，pH值低於或等於4，在磨盤壓力為13.8千帕下，氮化鉭去除速率為銅去除速率的至少80％。
文檔編號H01L21/321GK1590487SQ200410055840
公開日2005年3月9日 申請日期2004年8月4日 優先權日2003年8月5日
發明者劉振東 申請人:Cmp羅姆和哈斯電子材料控股公司