专利名称：稳定的、可浓缩并且无水溶性纤维素的化学机械抛光组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及化学机械抛光领域。具体来说，本发明涉及一种稳定可浓缩并且无水溶性纤维素的化学机械抛光组合物；ー种化学机械抛光组合物的制备方法以及ー种对半导体材料进行化学机械抛光的方法，更具体地洗，涉及对半导体晶片上的互连金属进行化学机械抛光的方法。
背景技术：
典型地，半导体晶片是具有包括多个沟槽的介电层的硅晶片，这些沟槽设置在介电层内形成电路互连图案。这些图案排列通常具有波纹结构或双重波纹结构。阻挡层覆盖在图案化的介电层之上，金属层则覆盖在阻挡层之上。金属层的厚度至少足以填充图案化的沟槽，从而与金属形成电路互连。 化学机械抛光方法通常包括多个抛光步骤。例如，第一步以较高初始速率去除过量的互连金属，例如铜。第一歩去除步骤之后，通过第二步抛光步骤去除残留在阻挡层上金属互连以外的金属。随后的抛光步骤则从半导体晶片下面的介电层上去除阻挡层，从而在介电层和金属互连上形成平坦的抛光表面。半导体基片上沟槽或凹槽中的金属提供形成金属电路的金属线。ー个需要解决的难题是，抛光操作通常容易从各个沟槽或凹槽去除金属，导致这些金属产生凹陷。凹陷是不希望出现的，它会导致金属电路临界尺寸发生变化。为了減少凹陷现象，抛光在较低的抛光压カ下进行。然而，如果仅仅降低抛光压力，抛光过程将会持续更长时间。而且，在整个延长的抛光过程中会持续产生凹陷。为了提高特殊顾客需求的可调节性和改善后勤方面的性质(例如，降低运输成本，减小体积吞吐量)，经常需要提供浓缩液形式的化学机械抛光配制液。用于去除过量互连金属的传统化学机械抛光配方制剂通常混有唑类抑制剂。当以较高浓度混入吋，这些唑类抑制剂往往容易聚集并且从溶液中沉淀出来。科美奥(Comeau)等公开了在加入抛光配制液之前将BTA进行过滤的方法。具体来说，科美奥等公开了ー种用于形成抛光浆液的溶液，该溶液可以包括溶解在离子型表面活性剂例如烷基硫酸钠溶液以及或许是聚丙烯酸(PAA)溶液中的IH-苯并三唑(BTA)。溶液可以在过滤后用于抛光浆液。在浆液不添加外来组分或者不增加安全风险情况下，这种溶解BTA的方法导致抛光浆液中BTA浓度提高。另外，由于溶液非常稳定(例如，可以冷冻和解冻)，与传统方法相比体积更小，因此更容易运输。而且，通过去除掉可以导致擦痕的颗粒，抛光楽·液的性能大幅提闻。科美奥等公开的上述溶液可以作为一种组分用于制备化学机械抛光配制液。然而，用来对半导体晶片进行抛光的传统化学机械抛光配制液还包含多种其它组分，从而使得配制液具有期望的抛光性质。这些其它组分也会在浓度方面影响最终配制液的稳定性。例如，王(Wang)在美国专利7，086，935号描述了在制备图案化的晶片时使用了一种无磨料的铜配制液，含有甲基纤维素，丙烯酸/甲基丙烯酸共聚物，苯并三唑(BTA)和可混溶的溶剤。该配制液能够去除和清理干净铜，并且产生很少铜凹陷，但是快速抛光时，在抛光垫和晶片上沉积上绿色的Cu-BTA化合物。这些沉积物需要对抛光垫进行后续抛光清理，防止这些胶状沉积物导致抛光去除速率降低；另外需要对晶片后续抛光清理，避免产生缺陷。这些清理步骤需要性能较强并且昂贵的清理溶液，同时延迟的晶片产量产生相关的“拥有成本”。托马斯(Thomas)在美国专利申请公开2009/0215266号中公开了ー种改善的配制液，减轻了緑色沉积物危害。托马斯等公开了ー种使用抛光垫对含有铜互连金属的图案化的半导体晶片进行抛光的方法。该方法包括下列步骤a)提供抛光水溶液，抛光溶液含有苯并三唑(BTA)抑制剂以及铜络合物和水；b)使用抛光水溶液和抛光垫对图案化的晶片进行抛光，其中铜溶解形成Cu+1离子，Cu+1离子和BTA抑制剂浓度满足下列条件，在水溶液不含有络合物情况下[BTA]* [Cu+1] > Cu-BTA沉积物的Ksp ;以及c)氧化至少一部分铜离子，防止抛光溶液沉淀该Cu-BTA沉积物。
同托马斯等举例说明的那些抛光配制液一祥，基于相关的环境和安全考虑，很多传统的化学机械抛光配制液在抛光配制液制备和使用过程中均包括铵。另外，很多传统的化学机械抛光配制液含有水溶性纤维素材料(例如，羧甲基纤维素)。这类纤维素材料通常含有可能导致缺陷率性能指标上升的污染物。因此，需要ー种化学机械抛光组合物和对含有金属互连的图案化半导体晶片进行化学机械抛光的方法，其中化学机械抛光组合物含有唑类抑制剂，并且以稳定的浓缩液形式存在；而且，优选是无铵的(即<0.001重量％)和无水溶性纤维素的(即<0.001重
量％ )。
发明内容
本发明提供了一种用于含有互连金属的半导体晶片化学机械抛光的化学机械抛光组合物，它包括作为初始成分的(或基本上由下列成分組成)水；唑类抑制剂；碱金属有机表面活性剂；水溶助剂；含磷试剂；任选的非糖类水溶性聚合物；任选的化学式I的水溶性酸化合物
权利要求
1.一种用于含有互连金属的半导体晶片化学机械抛光的化学机械抛光组合物，所述组合物包括作为初始成分的 水； 唑类抑制剂； 碱金属有机表面活性剂； 水溶助剂； 含磷试剂； 任选的非糖类水溶性聚合物； 任选的化学式I的水溶性酸化合物
2.根据权利要求I的化学机械抛光组合物，其中，所述化学机械抛光组合物含有<O. 001重量％的铵，并且其中所述化学机械抛光组合物含有< O. 001重量％的水溶性纤维素。
3.根据权利要求I的化学机械抛光组合物，其中，所述化学机械抛光组合物包括作为初始成分的 水； O. I至5重量％的唑类抑制剂； O. 05至I重量％的碱金属有机表面活性剂； O. 5至5重量％的水溶助剂； O. I至5重量％的含磷试剂； O. 05至5重量％的非糖类水溶性聚合物； O. 05至5重量％的化学式I的水溶性酸化合物
4.根据权利要求3的化学机械抛光组合物，其中所述化学机械抛光组合物含有<O. 001重量％的铵，并且其中化学机械抛光组合物含有< O. 001重量％的水溶性纤维素。
5.根据权利要求I的化学机械抛光组合物，其中，所述化学机械抛光组合物包括作为初始成分的 水； O. I至5重量％的苯并三唑； O. 05至I重量％的辛烷磺酸钠； O. I至I重量％选自甲苯磺酸钠、ニ甲苯磺酸钠及其混合物的水溶助剂； O. I至5重量％选自磷酸三钾、磷酸氢ニ钾、磷酸ニ氢钾及其混合物的含磷试剂；以及 O. 05至3重量％的甲基丙烯酸和丙烯酸的共聚物； O. 05至5重量％的亚氨基ニこ酸； O. I至5重量％的苹果酸；以及， O至25重量％的氧化剂。
6.根据权利要求5的化学机械抛光组合物，其中所述化学机械抛光组合物含有<O. 001重量％铵重量％。
7.ー种制备权利要求I的化学机械抛光组合物的方法，所述方法包括 提供水； 提供唑类抑制剂； 提供碱金属有机表面活性剂； 提供水溶助剂； 提供含磷试剂； 可选地，提供任选的非糖类水溶性聚合物； 可选地，提供任选的化学式I的水溶性酸化合物
8.一种对基材进行化学机械抛光的方法，所述方法包括 提供基材，其中基材是具有铜互连的半导体晶片； 提供权利要求I所述的化学机械抛光组合物； 可选地，向化学机械抛光组合物加入氧化剂； 提供化学机械抛光垫； 施加O. 69至34. 5kPa的向下作用力，使化学机械抛光垫与基材之间界面处产生动态接触；以及 在化学机械抛光垫与基材之间界面处或附近将化学机械抛光组合物分配到化学机械抛光垫上； 其中化学机械抛光组合物的pH通过加入磷酸，氢氧化镁和氢氧化锂中的至少ー种调整至pH为2至6。
9.根据权利要求8的方法，其中所提供的化学机械抛光组合物是以浓缩的形式存在；以及其中该方法进ー步包括 将化学机械抛光组合物用水稀释。
10.根据权利要求8的方法，其中提供的化学机械抛光组合物是4x浓缩液；以及其中方法进ー步包括 将化学机械抛光组合物用水稀释，从而使稀释后初始成分的含量为以下 O. 2至O. 4重量％的苯并三唑； O. 05至I重量％的辛烷磺酸钠； O. 45至I重量％选自甲苯磺酸钠、ニ甲苯磺酸钠及其混合物的水溶助剂； O.5至2重量％选自磷酸三钾、磷酸氢ニ钾、磷酸ニ氢钾及其混合物的含磷试剂； O.I至I重量％的羧甲基纤维素； O.05至I重量％的甲基丙烯酸和丙烯酸的共聚物；O.4至2重量％的亚氨基ニこ酸；以及， O.I至O. 5重量％的苹果酸；以及 向化学机械抛光组合物中加入氧化剂。
11.根据权利要求9的方法，其中化学机械抛光组合物在压盘速率为每分钟61转，载体速率为每分钟57转，化学机械抛光组合物流速为200ml/分钟以及作用在200mm抛光机上额定的向下作用カ为13. SkPa的情况下，呈现出铜去除速率至少为4，000 A/分钟，其中所述化学机械抛光垫包括聚氨酯抛光层，该聚氨酯抛光层包含聚合性空心微粒和涂膜的子垫片。
全文摘要
本发明提供了一种用于含有互连金属的半导体晶片化学机械抛光的化学机械抛光组合物，它包含作为初始成分的水；唑类抑制剂；碱金属有机表面活性剂；水溶助剂；含磷试剂；任选的非糖类水溶性聚合物；任选的化学式I的水溶性酸化合物，其中R选自氢和C1-5烷基，并且其中x是1或2；任选的络合剂；任选的氧化剂；任选的有机溶剂；以及任选的磨料。另外，还提供了本发明化学机械抛光组合物的制备方法和对基材进行化学机械抛光的方法，包括提供基材，其中基材是具有铜互连的半导体晶片；提供本发明的化学机械抛光组合物；提供化学机械抛光垫；施加0.69至34.5kPa的向下作用力，使化学机械抛光垫与基材之间界面处产生动态接触；以及在化学机械抛光垫与基材之间界面处或附近将化学机械抛光组合物分配到化学机械抛光垫上；其中化学机械抛光组合物的pH通过加入磷酸，氢氧化镁和氢氧化锂中的至少一种调整至pH为2至6。
文档编号C09G1/04GK102690609SQ20121012682
公开日2012年9月26日 申请日期2012年3月2日 优先权日2011年3月3日
发明者C·J·塔克, F·凯勒, H·拉克奥特, J·K·哈里斯, J·莱蒂齐亚, T·H·卡兰塔尔, X·李, 石进杰 申请人:罗门哈斯电子材料Cmp控股股份有限公司, 陶氏环球技术有限公司