专利名称：化学机械抛光用浆料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种化学机械抛光(CMP)用浆料，以及使用这种浆料的化学机械抛光方法。更具体地，本发明涉及一种化学机械抛光用浆料，这种浆料可以对目标层展现出优异的抛光速率并且具有高抛光选择性，尤其可将目标层的碟化(dishing)，过度抛光，降至最低，并可以使抛光后的目标层维持优异的表面状况，以及涉及一种化学机械抛光方法。
背景技术：
对半导体装置的高集成度和高效能一直以来都是需要的。特别是，为了使半导体装置具有高效能，必须形成多层配线结构，并且，为了形成这种多层配线结构，需要对每个配线层进行平面化。从以往至今，许多方法，包括软熔(ref low)、旋转涂布玻璃(spin-on-glass) (SOG)或回蚀(etctiback)及类似方法已经被用于配线层的平面化；然而，用这些方法制得的多层配线结构并没有展现出令人满意的结果。因此，近来化学机械抛光(CMP)法被广泛地应用于配线层的平面化。CMP法是将抛光垫与配线层接触，并使其相对移动(例如，将其上形成有配线层的基板旋转)，同时将含有研磨剂以及多种化学成分的浆料供给到抛光装置的抛光垫和其上形成有配线层的基板之间，从而在使用研磨剂对配线层进行机械抛光的同时，藉由化学成分的作用对配线层进行化学抛光。近来，为了进一步降低配线层的阻抗并实现半导体装置的高效能，有一种倾向是使用具有低阻抗的铜形成配线层。藉由CMP法对铜配线层进行的抛光和平面化一般如下述进行。首先，在形成绝缘层(如氧化硅层)及抛光停止层之后，在抛光停止层上形成铜配线层。此时，待抛光的铜配线层厚度是由抛光停止层界定的，并且抛光去除抛光停止层上形成的铜配线层使得铜配线层平面化。在铜配线层形成后，通过两步的CMP法进行抛光及平面化。在首次抛光步骤中，移除抛光停止层上的大部分铜配线层，当抛光停止层的上表面暴露时，停止此首次抛光步骤。 而后，在二次抛光步骤中，对上表面已暴露的抛光停止层的表面、绝缘层以及铜配线层进行精细的抛光，以使铜配线层达到良好的均勻度及粗糙度，并消除首次抛光步骤中产生的碟化或侵蚀，从而获得平面化的铜配线层。在这里，碟化或侵蚀是指，一部分铜配线层或绝缘层在不应被抛光移除的部分被移除，使得抛光表面产生下陷部分的现象。碟化或侵蚀可能会劣化铜配线层的电性能等。在上述铜配线层的抛光和平面化的方法中，抛光停止层上的大部分铜配线层在首次抛光步骤中被移除，并且当抛光停止层的上表面暴露时，应停止该抛光步骤，以避免对绝缘层等造成损害。因此，在首次抛光步骤中使用的浆料需要对铜配线层具有高抛光速率，而对抛光停止层则具有低抛光速率，从而展现出对铜配线层相对于抛光停止层的优良的抛光选择性，并且不产生大量可劣化经抛光的铜配线层的电性能的碟化或侵蚀。
发明内容
本发明的一个方面是提供一种用于化学机械抛光(CMP)的浆料，所述浆料对目标层可保持良好的抛光速率，并且对目标层相对于其他层具有高的抛光选择性，特别是可以将对目标层的碟化，抛光过度，降到最低，并可使抛光后的目标层保持优良的表面状况，本发明的另一个方面是提供一种使用浆料进行化学机械抛光的方法(CMP方法)。本发明提供一种用于化学机械抛光(CMP)的浆料，其包括一种研磨剂；一种氧化剂；一种有机酸；以及一种包含聚烯烃-聚环氧烷共聚物(polyolefin-polyalkylene oxide copolymer)的聚合物添加剂，其中聚烯烃-聚环氧烷共聚物包括一个聚烯烃重复单元和两个或更多个聚环氧烷重复单元，并且至少一个聚环氧烷重复单元是枝化的。本发明也提供一种化学机械抛光方法，其包括使抛光垫与基板上的含铜层接触； 使它们相对于彼此移动，同时将浆料供给到基板上的含铜层与抛光垫之间，对含铜层进行抛光。
为了更完整地理解本发明及其优点，可参考下文的叙述以及附图，其中图1展示使用本发明实施例4中的CMP浆料抛光后的晶片的外观，图2展示使用比较实施例2中的CMP浆料抛光后的晶片的外观。
具体实施例方式在下文中，将详细解释本发明实施方案的用于化学机械抛光的浆料和化学机械抛光的方法。本发明的一个实施方案提供一种用于化学机械抛光(CMP)的浆料，其包括一种研磨剂；一种氧化剂；一种有机酸；以及一种包含聚烯烃-聚环氧烷共聚物的聚合物添加剂， 其中所述聚烯烃-聚环氧烷共聚物包括一个聚烯烃重复单元及两个或更多个聚环氧烷重复单元，并且至少一个聚环氧烷重复单元是枝化的。由于用于CMP的浆料包括一种研磨剂、一种氧化剂和一种有机酸，这种浆料对目标层(例如，含铜层，如铜配线层)具有高抛光速率，且对在抛光铜配线层时用作抛光停止层的含钽层(如氮化钽层)或绝缘层(如氧化硅层)具有低的抛光速率，从而对铜层相对于钽层或氧化硅层展现出高的抛光选择性(即，含铜层与含钽层之间的抛光比率约为30 1 或更高，而含铜层与氧化硅层之间的抛光比率约为50 1或更高)。因此，当使用这种浆料对目标层(如铜配线层)进行化学机械抛光时，可以快速并且选择性地移除目标层。此外，作为发明人的实验结果，发现当使用包括聚烯烃-聚环氧烷共聚物——其包括一个聚烯烃重复单元及两个或更多个聚环氧烷重复单元且至少一个聚环氧烷重复单元是枝化的——的CMP浆料时，包括含铜层的配线层的碟化可以降至最低。看起来聚烯烃-聚环氧烷共聚物起到润湿剂的作用，使得CMP浆料能够在晶片的较大区域内均勻地分散并且渗透。因此，用于CMP的浆料可以展现出进一步改良的WIWNU (晶片内非均勻性)，并对目标层表现出高抛光速率及优异的抛光选择性，并且该浆料可以大幅降低因不必要地去除目标层(例如晶片边缘的铜配线层)而产生的碟化，从而能够制得具有进一步改良的性能的半导体装置。因此，这种用于CMP的浆料可以优选地用于半导体装置中的铜配线层等的CMP处理。同时，可选择聚烯烃-聚环氧烷共聚物而对其组成没有限制，只要其包括一个聚烯烃重复单元和两个或更多个聚环氧烷重复单元，并且至少一个聚环氧烷重复单元是枝化的即可。优选地，聚烯烃-聚环氧烷共聚物可以由以下化学式1、化学式2或化学式3表示。化学式权利要求
1.一种用于化学机械抛光的浆料，其包括一种研磨剂；一种氧化剂；一种有机酸；以及一种包含聚烯烃-聚环氧烷共聚物的聚合物添加剂，其中所述聚烯烃-聚环氧烷共聚物包括一个聚烯烃重复单元和两个或更多个聚环氧烷重复单元，并且至少一个聚环氧烷重复单元是枝化的。
2.权利要求1所述的用于化学机械抛光的浆料，其中所述聚烯烃-聚环氧烷共聚物由下列化学式1、化学式2或化学式3表示
3.权利要求1所述的用于化学机械抛光的浆料，所述聚烯烃重复单元是分子量为100 至2，000的聚乙烯重复单元或聚乙烯-丙烯共聚物重复单元。
4.权利要求1所述的用于化学机械抛光的浆料，其中所述研磨剂包括至少一种无机研磨剂或基于树脂的研磨剂，选自二氧化硅研磨剂、氧化铝研磨剂、二氧化铈研磨剂、氧化锆研磨剂、二氧化钛研磨剂、基于苯乙烯的聚合物研磨剂、基于丙烯酰基的聚合物研磨剂、聚氯乙烯研磨剂、聚酰胺研磨剂、聚碳酸酯研磨剂及聚酰亚胺研磨剂。
5.权利要求1所述的用于化学机械抛光的浆料，其中所述研磨剂平均直径为10到 500nmo
6.权利要求1所述的用于化学机械抛光的浆料，其中所述氧化剂包括选自过氧化氢、 过乙酸、过苯甲酸、叔丁基过氧化氢、过硫酸铵(APS)、过硫酸钾(KPQ、次氯酸、高锰酸钾、 硝酸铁、铁氰化钾、高碘酸钾、次氯酸钠、三氧化二钒及溴酸钾中的至少一种。
7.权利要求1所述的用于化学机械抛光的浆料，其中所述有机酸包括选自丙氨酸、甘氨酸、胱氨酸、组氨酸、天冬酰胺、胍、胼、乙二胺、马来酸、苹果酸、酒石酸、柠檬酸、丙二酸、 邻苯二甲酸、乙酸、乳酸、草酸、吡啶羧酸、吡啶二羧酸、喹哪啶酸及其盐中的至少一种。
8.权利要求1所述的用于化学机械抛光的浆料，其中所述聚合物添加剂中还含有选自环氧乙烷-环氧丙烷共聚物、聚乙二醇及聚氧乙烯醚中的至少一种。
9.权利要求1所述的用于化学机械抛光的浆料，其中还含有一种腐蚀抑制剂、一种PH 控制剂、或其混合物。
10.权利要求9所述的用于化学机械抛光的浆料，其中所述腐蚀抑制剂含有选自苯并三唑(BTA)、4，4' -二吡啶基乙烷、3，5_吡唑二羧酸、喹哪啶酸及其盐类中的至少一种。
11.权利要求9所述的用于化学机械抛光的浆料，其中所述pH控制剂含有至少一种碱性PH控制剂，其选自氢氧化钾、氢氧化钠、氨水、氢氧化铷、氢氧化铯、碳酸氢钠及碳酸钠； 或含有至少一种酸性PH控制剂，其选自氢氯酸、硝酸、硫酸、磷酸、甲酸及乙酸。
12.权利要求9所述的用于化学机械抛光的浆料，其包括0.1至30重量％的研磨剂、 0. 1至10重量％的氧化剂、0. 05至2重量％的有机酸、0. 001至2重量％的腐蚀抑制剂、 0. 001至1重量％的聚合物添加剂，余量物为pH控制剂和水，各值基于混合物的总重量计。
13.权利要求1所述的用于化学机械抛光的浆料，其中该混合物用于含铜层的化学机械抛光。
14.权利要求13所述的用于化学机械抛光的浆料，其中所述含铜层包括半导体装置中的铜配线层。
15.权利要求13所述的用于化学机械抛光的浆料，其中所述含铜层包括基板上的一个抛光停止层和一个铜配线层。
16.权利要求15所述的用于化学机械抛光的浆料，其中所述抛光停止层包括含钽或含钛层。
17.权利要求1或14所述的用于化学机械抛光的浆料，其中该混合物的抛光选择性为， 含铜层含钽层的抛光比率为30 1或更高。
18.权利要求1或14所述的用于化学机械抛光的浆料，其中该混合物的抛光选择性为， 含铜层含硅层的抛光比率为50 1或更高。
19.一种化学机械抛光方法，其包括 使抛光垫与基板上的含铜层相接触；并且使它们相对于彼此移动，同时将权利要求1所述的浆料供给至基板上的含铜层与抛光垫之间，对含铜层进行抛光。
20.权利要求19所述的方法，其中所述含铜层包括基板上的一个抛光停止层和一个铜配线层，并且对含铜层进行抛光直至抛光停止层的上表面暴露为止。
21.权利要求19所述的方法，其能够使得由此方法抛光后的含铜层的表面粗糙度低于 ο Α
全文摘要
本发明涉及一种用于化学机械抛光的浆料，该浆料包括一种研磨剂；一种氧化剂；一种有机酸；以及一种包含聚烯烃-聚环氧烷共聚物的聚合物添加剂，其中所述聚烯烃-聚环氧烷共聚物包括一个聚烯烃重复单元和两个或更多个聚环氧烷重复单元，并且至少一个聚环氧烷重复单元是枝化的。
文档编号C09K3/14GK102414293SQ201080017681
公开日2012年4月11日 申请日期2010年4月22日 优先权日2009年4月22日
发明者崔银美, 曹升范, 申东穆 申请人:株式会社Lg化学