专利名称：用来减少对半导体晶片侵蚀的抛光组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及抛光半导体晶片，更具体地，涉及除去存在下层介电层的半导体晶片上的阻挡物并降低对介电层损害的抛光组合物及方法。
背景技术：
半导体工业使用互连金属在半导体晶片上形成集成电路。这些互连金属较好是非铁金属。这些非铁金属是铝、铜、金、镍和铂族金属、银、钨，以及含有至少一种上述金属的合金。这些互连金属的电阻率低。铜金属互连件提供低成本的优良导电性。由于铜在许多介电材料如二氧化硅或二氧化硅的各种掺杂变体中溶解性较高，集成电路制造者通常应用一层扩散阻挡层来防止铜扩散到介电层。例如，用来保护介电层的阻挡层包括钽、氮化钽、钽-硅氮化物、钛、氮化钛、钛-硅氮化物、钛-氮化钛、钛-钨、钨、氮化钨和钨-硅氮化物。
制造半导体晶片时，在沉积金属互连层之后，用抛光组合物来抛光半导体基板。通常，该抛光过程使用“第一步”浆料，是特别设计为能迅速除去金属互连的。然后，该抛光过程包括“第二步”浆料，来除去阻挡层。第二浆料选择性除去阻挡层，而不会对互连结构的物理结构或电性质产生负面作用。除此之外，第二步浆料对介电体还应具有低的挖凹作用(dishing)。侵蚀指在抛光过程中由于除去某些介电层而在介电层表面的不希望的凹进。在发生在相邻于管沟中金属的侵蚀也引起金属互连中的尺寸缺陷。这些缺陷导致由该电路互连体传输的电信号衰减并影响随后的制造。为本说明书目的，除去速率指为单位时间的厚度变化的除去速率，如/分钟。
美国专利6,433,812(Costas等)公开一种抛光组合物，该组合物包含具有至少16个碳原子的主链的有机聚合物，该聚合物具有多个与半导体晶片表面上的表面基团具有亲合力的部分。但是，这种抛光组合物不能防止低-k介电层的挖凹，并且不能达到控制低-k介电材料的除去速率。该组合物还不能调整该浆料。
仍需要能满足选择性除去阻挡层同时降低挖凹，并且还能够控制低-k介电层和超低-k介电层的除去速率的水性抛光组合物。
发明内容
本发明一个方面包括一种用来抛光半导体基板的水性抛光组合物，该组合物包含0.001-2重量％聚乙烯醇共聚物和0.05-50重量％二氧化硅磨粒；所述聚乙烯醇共聚物具有第一组分、第二组分，其重均分子量为1,000-1,000,000克/摩尔，且第一组分为50-95摩尔％乙烯醇，第二组分的疏水性高于乙烯醇；所述组合物的pH为8-12。
本发明的另一方面，提供一种用来抛光半导体基板的水性抛光组合物，该组合物包含0.01-1.7重量％聚乙烯醇-聚乙酸乙烯酯共聚物、0-10重量％缓蚀剂、0-10重量％氧化剂、0-20重量％络合剂和0.1-40重量％二氧化硅磨粒；所述聚乙烯醇-聚乙酸乙烯酯共聚物具有60-90摩尔％乙烯醇，其重均分子量为1,000-1,000,000克/摩尔；所述组合物的pH为8-11。
本发明另一方面，提供抛光半导体基板的方法，该方法包括施用一种水性抛光组合物，该组合物包含0.001-2重量％聚乙烯醇共聚物和0.05-50重量％二氧化硅磨粒，所述聚乙烯醇共聚物具有第一组分、第二组分，其重均分子量为1,000-1,000,000克/摩尔，且第一组分是乙烯醇，第二组分的疏水性高于乙烯醇，所述组合物的pH为8-12；在小于或等于21.7千帕斯卡垫压力下抛光半导体基板。
附图简要说明
图1是说明含不同量的聚乙烯基吡咯烷酮的比较抛光组合物的除去速率曲线的图；图2是说明含不同量的聚乙烯醇共聚物的抛光组合物的除去速率曲线的图。使用的抛光垫是由Rohm and Hass Electronics Materials CMP Technologies提供的IC1010TM；图3是说明含不同量的聚乙烯醇共聚物的抛光组合物的除去速率曲线的图。使用的抛光垫是由Rohm and Hass Electronics Materials CMP Technologies提供的POLITEXTM。
具体实施例方式
聚乙烯醇共聚物具有50-95摩尔％乙烯醇的第一组分和疏水性高于乙烯醇组分的第二组分。为本说明书目的，更高疏水性指比聚乙烯醇对水更大的“排斥”，或在水中溶解性更低。在一个实施方式中，聚乙烯醇共聚物具有60-90摩尔％的乙烯醇组分。较好的聚乙烯醇共聚物具有70-90摩尔％的乙烯醇组分。该摩尔百分数是基于共聚物中乙烯醇的摩尔总量。如果乙烯醇组分的摩尔％太低，该聚乙烯醇共聚物将失去其水溶解性。如果乙烯醇组分的摩尔％太高，该聚乙烯醇共聚物将失去其效力。为容易制备和其效力，较好地，聚乙烯醇共聚物是聚乙烯醇-聚乙酸乙烯酯的共聚物。
用凝胶渗透色谱(GPC)测定，所述聚乙烯醇共聚物的重均分子量为1,000-1,000,000克/摩尔。在一个实施方式中，聚乙烯醇共聚物的重均分子量为3,000-500,000克/摩尔。另一个实施方式中，聚乙烯醇共聚物的重均分子量为5,000-100,000克/摩尔。在又一个实施方式中，聚乙烯醇共聚物的重均分子量为10,000-30,000克/摩尔。优选的聚乙烯醇共聚物的重均分子量为13,000-23,000克/摩尔。另一个优选的聚乙烯醇共聚物的重均分子量为85,000-146,000克/摩尔。注意到，为本说明书目的，所有的范围都包含并可以组合。
聚乙烯醇共聚物的存在量为0.001-2重量％。在一个实施方式中，聚乙烯醇共聚物的存在量为0.01-1.7重量％。在另一个实施方式中，聚乙烯醇共聚物的存在量为0.1-1.5重量％。如在此所用，并且在整个说明书中，各重量％都是基于抛光组合物的总重量。重均分子量为13,000-23,000克/摩尔且水解度为87-89摩尔％或96摩尔％的聚乙烯醇-聚乙酸乙烯酯共聚物可从Aldrich Chemical Company购得。同样，重均分子量为85,000-146,000克/摩尔且水解度为87-89摩尔％或96摩尔％的聚乙烯醇-聚乙酸乙烯酯共聚物也可从Aldrich Chemical Company购得。
浆料以-40mV至-15mV的ξ电势处理。聚乙烯醇共聚物至少使浆料的ξ电势提高2mV。虽然提高了的ξ电势降低了浆料的稳定性，它也降低了浆料的低-k除去速率。较好地，聚乙烯醇共聚物使ξ电势至少提高5mV。不幸的是，这一ξ电势的提高对抛光浆料的长期稳定性有负面作用。
除了聚乙烯醇共聚物外，在抛光组合物中还可以任选使用其它热塑性聚合物。可任选用于抛光组合物的热塑性聚合物是低聚物、聚合物、离聚物、树枝状聚合物、共聚物如嵌段共聚物、接枝共聚物、星形嵌段共聚物、无规共聚物等，或包含至少一种上述聚合物的混合物。适用于抛光组合物的热塑性聚合物的例子有，聚缩醛、聚丙烯酸、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚芳基化合物、聚芳基砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚砜、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、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、聚苯四酸酰亚胺(polypyromellitimide)、聚喹喔啉、聚苯并咪唑、聚羟吲哚、聚氧异吲哚啉(polyoxoisoindoline)、聚二氧异吲哚啉(polydioxoisoindoline)、聚三嗪、聚哒嗪、聚哌嗪、聚吡啶、聚哌啶、聚三唑、聚吡唑、聚碳硼烷、聚氧杂二环壬烷(polyoxabicyclononane)、聚二苯并呋喃、聚苯并呋喃酮、聚缩醛、聚酐、聚乙烯醚、聚乙烯基硫醚、聚乙烯醇、聚乙烯基酮、聚卤代乙烯、聚乙烯腈、聚乙烯酯、聚磺酸酯、聚硫化物、聚硫酯、聚砜、聚磺酰胺、聚脲、聚磷腈、聚硅氮烷等，或它们的混合物。
还可以使用热塑性聚合物的混合物。热塑性聚合物混合物的例子有丙烯腈-丁二烯-苯乙烯-尼龙、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/尼龙、聚砜/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚碳酸酯/热塑性氨基甲酸酯、聚碳酸酯/聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯/聚对苯二甲酸丁二酯、热塑性弹性体掺合聚合物、尼龙/弹性体、聚酯/弹性体、聚对苯二甲酸乙二酯/聚对苯二甲酸丁二酯、缩醛/弹性体、苯乙烯-马来酸酐/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚醚醚酮/聚醚砜、聚乙烯/尼龙、聚乙烯/聚缩醛等，以及包含至少一种上述热塑性聚合物的掺混物。
用GPC测定，热塑性聚合物的重均分子量为100-1,000,000克/摩尔。在一个实施方式中，热塑性聚合物的重均分子量为500-500,000克/摩尔。在另一个实施方式中，热塑性聚合物的重均分子量为1,000-250,000克/摩尔。在又一个实施方式中，热塑性聚合物的重均分子量为5,000-100,000克/摩尔。优选的热塑性聚合物的重均分子量为8,000-12,000克/摩尔，最优选热塑性聚合物的重均分子量为10,000克/摩尔。
在抛光组合物中加入聚乙烯醇共聚物以及任选热塑性聚合物，与使用没有热塑性聚合物的抛光组合物相比，提供降低了表面粗糙度的半导体晶片的抛光表面，并且划痕较少。为本说明书目的，除去速率指单位时间的厚度变化，如/分钟。热塑性聚合物在抛光组合物中的含量一般为0.001-1重量％。在一个实施方式中，热塑性聚合物的含量为0.01-0.85重量％。在另一个实施方式中，热塑性聚合物的含量为0.1-0.75重量％。
如果使用热塑性聚合物，要求以1∶10至100∶1的重量比使用聚乙烯醇共聚物和热塑性聚合物。在一个实施方式中，要求使用1∶5至50∶1重量比的聚乙烯醇共聚物和热塑性聚合物。在另一个实施方式中，要求使用1∶5至60∶1重量比的聚乙烯醇共聚物和热塑性聚合物。在又一个实施方式中，要求使用1∶3至10∶1重量比的聚乙烯醇共聚物和热塑性聚合物。
抛光组合物较好地包含二氧化硅磨料，用来“机械”除去帽层和阻挡层。磨料较好是胶态磨料。
磨料的平均粒径小于或等于200纳米(nm)，以防止过度的金属挖凹和侵蚀。为本说明书目的，粒径指磨料的平均粒径。要求使用平均粒径小于或等于100nm，较好小于或等于75nm的磨料。用平均粒径为10-75nm的二氧化硅能有利于达到最小挖凹和侵蚀。最好二氧化硅的平均粒径为20-50nm。此外，优选的磨料可包含添加剂，如分散剂，提高磨料的稳定性。这样的一种添加剂是购自Clariant S.A.，of Puteaux，France的胶态二氧化硅。如果抛光组合物不含磨料，则垫的选择以及调节对抛光过程变地更为重要。例如，对某些没有二氧化硅的组合物，固定的磨料垫可改进抛光性能。
低浓度磨料能够通过降低不希望的磨料诱发的缺陷如划痕来改进抛光性能。通过使用相对小粒径的磨料并以低磨料浓度配制抛光组合物，能保持更好控制非铁金属互连件和低-k介电体的除去速率。要求使用0.05-50重量％的磨料。在一个实施方式中，要求使用0.1-40重量％的磨料。在另一个实施方式中，要求使用0.5-30重量％的磨料。在又一个实施方式中，要求使用1-25重量％的磨料。
要求在抛光组合物中包含0-10重量％的氧化剂，以能除去非铁金属互连件，如铝、铝合金、铜、铜合金、金、金合金、镍、镍合金、铂族金属、铂族合金、银、银合金、钨和钨合金，或含有至少一种上述金属的混合物。合适的氧化剂包括，例如过氧化氢、一过硫酸盐、碘酸盐、过氧苯二甲酸镁、过氧乙酸和其它过氧酸、过硫酸盐、溴酸盐、过碘酸盐、硝酸盐、铁盐、铈盐、锰(Mn)(III)、(Mn)(IV)和Mn(VI)盐、银盐、铜盐、铬盐、钴盐、卤素、次氯酸盐，以及包含至少一种前述氧化剂的混合物。优选的氧化剂是过氧化氢。注意到，氧化剂在刚要使用之前有时加入到抛光组合物，在这样情况，氧化剂可包含在另外的一个包装内。在一个实施方式中，氧化剂存在量为0.1-10重量％。在另一个实施方式中，氧化剂存在量为0.2-5重量％。
抛光组合物较好地还包含缓蚀剂，通常也称作成膜剂。缓蚀剂可以是能化学结合到晶片特征的表面，形成化学配合物的任何化合物或这些化合物的混合物，所述的化学配合物不是金属氧化物或金属氢氧化物。该化学配合物的作用是作为钝化层，并抑制金属互连的表面金属层的溶解。
优选的缓蚀剂是苯并三唑(BTA)。在一个实施方式中，抛光组合物可以含有相对较大量的BTA缓蚀剂，以降低互连件的除去速率。缓蚀剂的存在量为0-10重量％。一个实施方式中，缓蚀剂存在量为0.025-4重量％。另一个实施方式中，缓蚀剂存在量为0.25-1重量％。当使用BTA时，其使用浓度至多为在抛光组合物的溶解度的限度，至多为2重量％或在抛光组合物中的饱和限度。BTA的优选浓度为0.0025-2重量％。任选地，在抛光组合物还可以加入补充缓蚀剂。例如，加入咪唑，如0.1-5重量％(较好0.5-3重量％)的咪唑还能提高铜的除去速率，但不会明显影响其它金属的除去速率。
补充缓蚀剂是表面活性剂，例如，阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、两性表面活性剂和聚合物，或有机化合物如氮唑(azoles)。此外，氮唑可以用来保持(toggle)铜的除去速率。例如，补充缓蚀剂可以包括咪唑、甲苯基三唑(tolytriazole)或它们与BTA的组合的混合物。加入甲苯基三唑能降低铜的除去速率，而加入咪唑提高了铜的除去速率。优选的补充缓蚀剂包括甲苯基三唑与BTA或咪唑与BTA的混合物。在一个实施方式中，除氮唑缓蚀剂外，缓蚀剂包含另外的聚合物或表面活性剂，更便于实施对铜除去速率的控制。
抛光组合物具有碱性pH，以按照要求保持金属互连件的除去速率，或低-k或超低-k介电体的除去速率。一般要求抛光组合物的pH为8-12。在一个实施方式中，抛光组合物的pH为8-11。最优选抛光组合物的pH为9-11。如果pH太低，则二氧化硅可能失去稳定性；如何pH太高，浆料可能是有危险的，并且难以控制。抛光组合物还包含无机或有机的pH调节剂，来改变抛光组合物的pH。合适的酸性pH调节剂包括，例如硝酸、硫酸、盐酸、磷酸等，以及包含至少一种前述酸性pH调节剂的混合物。优选的pH调节剂是硝酸。抛光组合物中也可以使用碱性pH调节剂。pH调节剂的合适例子是氢氧化钠、氢氧化铵、氢氧化钾等，以及包含至少一种前述碱性pH调节剂的混合物。该水性组合物的余量物质是水，较好是去离子水。
任选地，抛光组合物可包含0-20重量％的螯合剂或络合剂，以调节阻挡金属除去速率调节铜的除去速率。螯合剂或络合剂通过与铜形成螯合金属配合物来提高铜的除去速率。对任选用于抛光液的络合剂的例子有乙酸、柠檬酸、乙酰乙酸乙酯、乙醇酸、乳酸、苹果酸、草酸、水杨酸、二硫代氨基甲酸二乙酯钠、琥珀酸、酒石酸、硫基乙醇酸、氨基乙酸、丙氨酸、天冬氨酸、乙二胺、三亚甲基二胺、丙二酸、戊二酸、3-羟基丁酸、丙酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、3-羟基水杨酸、3，5-二羟基水杨酸、五倍子酸、葡糖酸、邻苯二酚、焦棓酚、丹宁酸，以及它们的混合物和它们的盐。较好地，在抛光液体中使用的络合剂是柠檬酸。最好抛光液体包含0-15重量％的络合剂或螯合剂。
任选地，抛光组合物还包含缓冲剂，如各种有机酸或无机酸、氨基酸，或它们的pKa大于或等于5的盐。任选地，抛光组合物还可以包含消泡剂，如非离子表面活性剂，包括酯类、环氧乙烷、醇类、乙氧基化物、硅化合物、氟化合物、醚类、糖苷及其衍生物，以及包含至少一种前述表面活性剂的混合物。消泡剂也可以是两性表面活性剂。抛光组合物还可以任选包含pH缓冲剂、抗微生物剂和消泡剂。
一般优选将这种抛光组合物用于具有非铁金属互连件的半导体晶片。适用于互连件的金属包括，例如铝、铝合金、铜、铜合金、金、金合金、镍、镍合金、铂族金属、铂族合金、银、银合金、钨和钨合金，或含有至少一种上述金属的混合物。优选的互连金属是铜。
这种抛光组合物能使抛光设备在小于21.7kPa(3psi)的低压下操作。优选的垫压力为3.5-21.7kPa(0.5-3(psi))。在此范围之内，可以采用小于或等于13.8kPa(2psi)压力有利，更好是小于或等于10.3kPa(1.5psi)，最好是小于或等于6.9kPa(1psi)。最好采用下面实施例所示的抛光垫压力和条件进行抛光。低的抛光垫压力通过减少划痕和其它不希望的抛光缺陷提高了抛光性能，并减少了对脆性材料的损害。例如，低介电常数的材料处于高压时的破碎和脱层。包含聚乙烯醇共聚物的抛光组合物能够允许高的阻挡层和帽层的除去速率，同时有利于实施对非铁金属互连件以及源自有机材料如掺杂碳的氧化物的低-k和超低-k介电层除去速率的控制。在示例的实施方式中，可以调整抛光组合物，以有利于达到高的阻挡物除去速率，但基本上不会损害低-k或超低-k介电层。使用这种抛光组合物能有利于降低有不同线宽度的图案化的晶片的侵蚀。
用多孔聚氨酯或含聚氨酯的抛光垫，在3.5-21.7kPa抛光垫压力(按照垂直于集成电路晶片测定的抛光垫压力)，这种抛光组合物的氮化钽的除去速率最多比铜除去速率高4倍。用多孔聚氨酯抛光垫，在3.5-21.7kPa抛光垫压力(按照垂直于集成电路晶片测定的抛光垫压力)，氮化钽的除去速率大于或等于低-k介电体的除去速率的1倍。对决定选择性有用的特定抛光垫是IC1010TM的多孔填充的聚氨酯抛光垫。优选使用多孔聚氨酯垫进行抛光。可以在抛光操作之前或期间制备抛光组合物。如果在抛光操作期间制备抛光组合物，可以将抛光液体加到抛光界面，然后，部分或所有颗粒通过从抛光垫释放而进入抛光界面。
在下面的实施例中，详细说明本发明的一些实施方式。
实施例实施例1在下面实施例的抛光组合物中使用的材料的命名列于下表1。Kelbosol1501-50是从Clariant获得的二氧化硅，具有30重量％平均粒径等于50nm的二氧化硅颗粒，pH为10.5-11。实施例中，数字代表本发明的实施例，字母代表比较例。样品用去离子水稀释到12重量％的二氧化硅颗粒。聚乙烯醇-聚乙酸乙烯酯共聚物从Aldrich获得，分子量为13,000-23,000克/摩尔，或85,000-146,000克/摩尔，水解度为87-89摩尔％或96摩尔％(比较例C和D)。
进行此实施例，证实可以使用包含聚乙烯基吡咯烷酮和聚乙烯醇-聚乙酸乙烯酯共聚物的抛光组合物来有效改变铜的除去速率，同时降低对低-k和超低-k介电体如掺杂碳的氧化物的除去速率。还测试了只有聚乙烯基吡咯烷酮的比较抛光组合物。在此实施例中，用不同的聚乙烯醇-聚乙酸乙烯酯共聚物(PVA-PVAC)或不同聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)浓度制备多种抛光组合物。实施例1使用的聚乙烯醇共聚物的分子量为13,000-23,000克/摩尔，水解度为87-89摩尔％。表2列出了各制剂的组成。在各制剂中加入了0.01重量％氯化铵(NH4Cl)、0.05重量％抗微生物剂如Kordek和0.8重量％活性过氧化氢。表2列出的所有抛光组合物的pH都为9，并且可以通过加入氢氧化钾调节至9。去离子水构成了组合物的余量部分。
用Strasbaugh提供的型号6EC的抛光设备进行抛光试验。抛光垫是Rohm andHass Electronics Materials CMP Technologies提供的IC1010TM多孔-填充聚氨酯抛光垫或POLITEX垫。在每次进行操作前对垫进行调整。在13.78kPa(2psi)压力，台速为120转/分钟(rpm)，载体速度为114rpm下进行抛光过程。抛光组合物的供应速度(浆料流速)为200毫升/分钟(ml/min)。所有试验均使用200mm的敷层(blanket)晶片。
表1
CA＝柠檬酸，BTA＝苯并三唑，PVP＝聚乙烯基吡咯烷酮和NeoloneTM抗微生物剂＝50.0-52.0％甲基-4-异噻唑啉-3-酮、45.0-47.0％丙二醇和＜3％相关反应产物。
图1是说明含不同量的聚乙烯基吡咯烷酮的比较抛光组合物的除去速率曲线的图。除去速率以/分钟测定。从该图可以知道，虽然帽层(TEOS)的除去速率和阻挡层(TaN)的除去速率随抛光组合物中聚乙烯基吡咯烷酮的重量％增加而下降，互连件(铜)的除去速率也明显上升。
图2和图3是说明含不同量的聚乙烯醇共聚物的抛光组合物的除去速率曲线的图。图2的试验是用IC1010TM抛光垫(表3)进行，而图3的试验是用POLITEXTM抛光垫(表4)进行。
表2
*聚乙烯基醇-聚乙酸乙烯酯共聚物(PVA-PVAC)，分子量为10,000克/摩尔，水解度为80％。
表31010硬质聚氨酯抛光垫数据
RR＝以/分钟的除去速率；CDO代表CORAL掺杂碳的氧化物，由Novellus生产。
表4Politex软质聚氨酯抛光垫数据
RR＝以/分钟的除去速率；表5
RR＝以/分钟的除去速率；CDO代表CORAL掺杂碳的氧化物，由Novellus生产。
由图2和图3可以知道，阻挡层(TaN)和帽层(TEOS)的除去速率都随抛光组合物中聚乙烯醇共聚物量增加而逐渐下降。对非铁金属互连金属(铜)的除去速率也逐渐下降，至到抛光组合物的聚乙烯醇共聚物量约为0.20重量％。当聚乙烯醇共聚物量增加超出0.20重量％时，非铁金属互连金属的除去速率保持相对不变。掺杂碳的氧化物层(低-k介电层)除去速率开始时随加入聚乙烯层共聚物至0.1重量％而下降，但再加入聚乙烯层共聚物，除去速率稳定不变。
因此，图2和图3表明抛光组合物中存在聚乙烯层共聚物有利于控制金属互连件的除去速率，以及低-k或超低-k介电层的除去速率。这两个图还表明在抛光组合物中相当高的聚乙烯层共聚物浓度范围时对保持阻挡层和帽层保持降低的除去速率。因此，使用聚乙烯层共聚物有利于保持非铁金属互连件和低-k或超低-k介电层的除去速率。
实施例2进行此实施例，证实聚乙烯醇共聚物的重量份数、水解度以及重均分子量对低-k介电层以及碳氮化硅的除去速率的作用。此实施例的组合物列于表3。如实施例1中，表3所示的各样品含有0.01重量％氯化铵(NH4Cl)、0.05重量％Kordek(活性抗微生物剂)和0.8重量％活性过氧化氢。表2列出的所有抛光组合物的pH都为9，并且可以通过加入氢氧化钾调节至9。去离子水构成了组合物的余量部分。
表6
Kordek抗微生物剂＝50.0-52.0％甲基-4-异噻唑啉-3-酮、45.0-47.0％丙二醇和＜3％相关反应产物。
存在于样品7-12中的聚乙烯醇-聚乙酸乙烯酯共聚物的重均分子量为13,000-23,000克/摩尔或85,000-146,000克/摩尔。这些聚乙烯醇共聚物样品的水解度为87-89摩尔％或96摩尔％，如表7所示。表7还证实按照实施例1所述的相同方式进行的测试的抛光结果。
表7
CDO代表CORAL掺杂碳的氧化物，由Novellus生产。
VP-3000TM垫是由Rohm and Hass Electronics Materials CMP Technologies制造的多孔含聚氨酯的垫。由表7可以知道，可以采用聚乙烯醇的分子量、水解度和浓度来控制低-k介电层的除去速率。例如，浆料7的聚乙烯醇共聚物浓度为0.2重量％，重均分子量为13,000-23,000克/摩尔，水解度为87-89摩尔％，该浆料的掺杂碳的氧化物(COD)除去速率为148/分钟，而浆料8具有较高分子量的聚乙烯醇共聚物(其它所有因素保持不变)，显示238/分钟的除去速率。由表7可以清楚地知道，分子量和水解度变化都可以控制低-k或超低-k介电层的除去速率。
由实施例1和实施例2可以知道，含聚乙烯醇共聚物的抛光组合物能有利地降低金属互连件和低-k降低体的除去速率至小于或等于约150/分钟。
上述溶液在室温储存数天时可具有稳定性问题。较好地，以两份式或使用时的混合物加入所述溶液可消除稳定性问题。具体地，聚乙烯醇最好是一个溶液的部分而其余组分为另一个溶液的部分。或者，降低溶液pH或定位更稳定的聚乙烯醇共聚物也能进一步稳定化该溶液。
权利要求
1.一种用来抛光半导体基板的水性抛光组合物，它包含0.001-2重量％聚乙烯醇共聚物和0.05-50重量％二氧化硅磨粒；所述聚乙烯醇共聚物具有第一组分、第二组分，其重均分子量为1,000-1,000,000克/摩尔，且第一组分为50-95摩尔％乙烯醇，第二组分的疏水性高于乙烯醇；所述组合物的pH为8-12。
2.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述抛光组合物具有0.01-1.7重量％聚乙烯醇共聚物。
3.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述聚乙烯醇共聚物的重均分子量为13,000-23,000克/摩尔。
4.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述聚乙烯醇共聚物的水解度为70-90摩尔％。
5.如权利要求1所述的组合物，所述组合物还包含热塑性聚合物，所述热塑性聚合物是聚缩醛、聚丙烯酸、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚芳基化合物、聚芳基砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚砜、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、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、聚苯四酸酰亚胺、聚喹喔啉、聚苯并咪唑、、聚羟吲哚、聚氧异吲哚啉、聚二氧异吲哚啉、聚三嗪、聚哒嗪、聚哌嗪、聚吡啶、聚哌啶、聚三唑、聚吡唑、聚碳硼烷、聚氧杂二环壬烷、聚二苯并呋喃、聚苯并呋喃酮、聚缩醛、聚酐、聚乙烯醚、聚乙烯基硫醚、聚乙烯基酮、聚卤代乙烯、聚乙烯基腈、聚乙烯基酯、聚磺酸酯、聚硫化物、聚硫酯、聚砜、聚磺酰胺、聚脲、聚磷腈、聚硅氮烷，或包含至少一种上述热塑性聚合物的混合物。
6.如权利要求5所述的组合物，其特征在于，热塑性聚合物的重均分子量为1,000-1,000,000克/摩尔。
7.一种用来抛光半导体基板的水性抛光组合物，它包含0.01-1.7重量％聚乙烯醇-聚乙酸乙烯酯共聚物、0-10重量％缓蚀剂、0-10重量％氧化剂、0-20重量％络合剂和0.1-40重量％二氧化硅磨粒；所述聚乙烯醇-聚乙酸乙烯酯共聚物具有60-90摩尔％乙烯醇，其重均分子量为1,000-1,000,000克/摩尔；所述组合物的pH为8-11。
8.一种抛光半导体基板的方法，该方法包括施用一种水性抛光组合物，该组合物包含0.001-2重量％聚乙烯醇共聚物和0.05-50重量％二氧化硅磨粒，所述聚乙烯醇共聚物具有第一组分、第二组分，其重均分子量为1,000-1,000,000克/摩尔，且第一组分是乙烯醇，第二组分的疏水性高于乙烯醇，所述组合物的pH为8-12；在小于或等于21.7千帕斯卡的垫压力下抛光半导体基板。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述抛光组合物有利于使低-k介电层的除去速率小于或等于150/分钟。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述聚乙烯醇共聚物是聚乙烯醇-聚乙酸乙烯酯共聚物。
全文摘要
一种用来抛光半导体基板的水性抛光组合物，它包含0.001－2重量％聚乙烯醇共聚物和0.05－50重量％二氧化硅磨粒；所述聚乙烯醇共聚物具有第一组分、第二组分，其重均分子量为1，000－1,000,000克/摩尔，且第一组分为50－95摩尔％乙烯醇，第二组分的疏水性高于乙烯醇；所述组合物的pH为8－12。
文档编号C09G1/02GK1800284SQ20051013613
公开日2006年7月12日 申请日期2005年12月16日 优先权日2004年12月17日
发明者卞锦儒, R·L·小拉瓦, J·匡奇, 叶倩萩 申请人:罗门哈斯电子材料Cmp控股股份有限公司