选择性阻挡层抛光浆液制造技术

一种水性浆液，可用来对包含铜互连的半导体基片进行化学机械抛光。所述浆液包含０－２５重量％的氧化剂，０．１－３０重量％的磨粒，０．００１－５重量％的苯羧酸，０．００００２－５重量％的多组分表面活性剂，０．００１－１０重量％的用来减少铜互连的静态蚀刻的抑制剂，０－５重量％的用来加快铜互连去除速率的含磷化合物，０－１０重量％的在抛光过程中形成的络合剂，以及余量的水，所述多组分表面活性剂包含疏水性尾部、非离子型亲水性部分和阴离子型亲水性部分，所述疏水性尾部包含６－３０个碳原子，所述非离子型亲水性部分包含１０－３００个碳原子。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及选择性阻挡层抛光浆液。专利技术背景随着超大规模集成电路(ULSI)技术向着更小的线宽发展，对常规的化学机械抛光(CMP)法的一体化提出了新的挑战。另外，要引入低k和超低k介电膜，需要使用更温和的CMP工艺，这是因为膜的机械强度低，与相邻层的粘着性很差。另外，针对缺陷度的日益严格的标准对用于低k膜的抛光浆液提出了更多的要求。将各种低k膜集成化成ULSI可能需要大量的步骤，还需要引入新的技术，例如超临界清洁、介电和金属覆盖层、共形沉积阻挡层和铜、用低的向下作用力和无磨料浆液进行化学机械平面化。除了这些技术选择以外，ULSI制造者必需针对产率、可靠性、机械强度和性能(即电阻-电容(RC)延迟造成的功率耗散)考虑和解决工艺复杂性的问题。实施低k材料的复杂性为阻挡层CMP工艺带来了更大的挑战，因此需要能够控制复杂的输入变量，达到稳定的高产率。调节工艺变量将有助于减小低k膜上的抛光变化。但是，最好在阻挡层CMP浆液中加入专门具有低k介电值的表面活性剂，且所述表面活性剂具有可调节性，具有工艺可调性能。例如，Bian在美国专利公开第2006/0131275号中揭示了一种浆液，该浆液包含一种用来减小低k(例如碳掺杂的氧化物(CDO))去除速率的表面活性剂，所述表面活性剂具有疏水性尾部(tail)，非离子型亲水性部分和阴离子型亲水性部分。人们需要一种抛光浆液，使其能够完成按照设计地除去阻挡层至超低k电介质，同时减小CDO去除速率。另外，人们还需要一种浆液，其能够使得在去除阻挡层的时候，就去除速率而言，对阻挡层的选择性高于电介-->质。
技术实现思路
在本专利技术的一个方面，本专利技术包括一种可用来对包括铜互连的半导体基片进行化学机械抛光的水性浆液，所述浆液包含0-25重量％的氧化剂，0.1-30重量％的磨粒，0.001-5重量％的苯羧酸，0.00002-5重量％的多组分表面活性剂，0.001-10重量％的用来减少铜互连的静态蚀刻的抑制剂，0-5重量％的用来加快铜互连去除速率的含磷化合物，0-10重量％的在抛光过程中形成的络合剂，以及余量的水，所述多组分表面活性剂包含疏水性尾部(tail)、非离子型亲水性部分和阴离子型亲水性部分，所述疏水性尾部包含6-30个碳原子，所述非离子型亲水性部分包含10-300个碳原子。在本专利技术的另一个方面，本专利技术包括一种可用来对具有铜互连的半导体基片进行化学机械抛光的水性浆液，该浆液包含：0.01-15重量％的氧化剂，0.1-40重量％的二氧化硅磨粒，0.01-3重量％的苯羧酸，0.00005-2重量％的多组分表面活性剂，0.002-5重量％的用来减少铜互连的静态蚀刻的吡咯抑制剂，0-3重量％的用来加快铜互连去除速率的含磷化合物，0.01-5重量％的在抛光过程中形成的有机酸络合剂，以及余量的水，所述多组分表面活性剂包含疏水性尾部、非离子型亲水性部分和阴离子型亲水性部分，所述疏水性尾部包含8-20个碳原子，所述非离子型亲水性部分包含20-200个碳原子；所述水性浆液的pH值为6-12。在本专利技术的另一个方面，本专利技术包括一种可用来对包括铜互连的半导体基片进行化学机械抛光的水性浆液，所述浆液包含0.1-10重量％的氧化剂，0.25-35重量％的二氧化硅磨粒，0.02-2.5重量％的苯羧酸，0.0001-1重量％的多组分表面活性剂，0.005-2重量％的用来减少铜互连的静态蚀刻的苯并三唑抑制剂，0.001-2重量％的用来加快铜互连去除速率的含磷化合物，0.01-5重量％的在抛光过程中形成的有机酸络合剂，以及余量的水，所述多组分表面活性剂包含疏水性尾部、非离子型亲水性部分和阴离子型亲水性部分，所述疏水性尾部包含12-16个碳原子，所述非离子型亲水性部分包含25-150个碳原子；所述水性浆液的pH值为7-11.5。-->具体实施方式已经发现通过将苯羧酸和多组分表面活性剂结合起来，可以在提高氮化钽去除速率的同时不会对半导体基片的低k和超低k去除速率造成负面影响。出于本说明书的目的，半导体基片包括其上具有金属导体互连和介电材料的晶片，所述金属导体互连和介电材料通过某种方式由绝缘层隔开，使得可以产生特殊的电信号。另外，这些浆液出人意料地改进了晶片的缺陷程度(defectivity)。最终，在CMP工艺之后，这些浆液提供了稳定的膜，这种膜能够促进得到极佳的阻挡层/低-k电介质去除速率选择性。所述浆液包含0.001-5重量％的用来加快阻挡层去除速率，例如TaN去除速率的苯羧酸。较佳的是，所述浆液包含0.01-3重量％的苯羧酸。最优选的是，所述浆液包含0.02-2.5重量％的苯羧酸。示例性的苯羧酸包括以下的至少一种：对苯二甲酸，苯-1，3-二羧酸，苯-1，2，4-三羧酸，苯-1，3，5-三羧酸，苯-1，2，3-三羧酸，苯-1，2，3，4-四羧酸，苯-1，2，4，5-四羧酸，苯-1，2，3，5-四羧酸和苯-1，2，3，4，5-五羧酸。每个苯环包含至少两个羧基的苯羧酸能够使得氮化钽去除速率最大程度地提高。例如，所述浆液可包含选自以下至少一种的苯羧酸：苯-1，3-二羧酸，苯-1，2，4-三羧酸，苯-1，3，5-三羧酸，苯-1，2，3-三羧酸，苯-1，2，3，4-四羧酸，苯-1，2，4，5-四羧酸，苯-1，2，3，5-四羧酸和苯-1，2，3，4，5-五羧酸。较佳的是，所述苯羧酸每个苯环包含2-4个羧基。例如，每个苯环包含3个羧基的苯-1，2，4-三羧酸能够使得TaN去除速率极大地提高。在本说明书中，表面活性剂表示一种物质，当该物质存在的时候，其具有吸附在晶片基片的表面上或界面上，或者改变所述晶片基片表面或界面的表面自由能的性质。术语“界面”表示任意两个不混溶相之间的边界。术语“表面”表示其中一相为气体(通常是空气)时的界面。表面活性剂通常用来减小界面自由能。某些表面活性剂，例如脂肪醇聚乙二醇醚硫酸盐能够抑制CDO速率，但是这些表面活性剂会增加晶片缺陷数。已经发现苯羧酸与多组分表面活性剂组合能够减小CDO去除速率，同时不会引起令人无法接受的晶片缺陷程度的增大。所述多组分表面活性剂具有以下分子结构：包括第一结构部分，该部分对水的吸引力极小，被称-->为疏水性尾部，第二结构部分，该部分为非离子型亲水性部分，其对水具有吸引力，以及非离子型亲水性基团，其对水具有强烈的吸引力，所述阴离子型亲水性基团在溶液中离子化的时候具有负的离子电荷。所述疏水性基团通常是具有适于水溶性的长度的长链烃类、碳氟化合物或硅氧烷链。具体来说，所述疏水性基团总共包含6-30个碳原子。较佳的是，所述疏水性基团包含8-20个碳原子，最优选包含12-16个碳原子。所述疏水性部分可以是直链、有分支的链或环状链。所述疏水性部分可以是饱和的链、不饱和的链或包含芳族基团。一个具体的例子是源自脂肪醇的直链聚合物。所述非离子型亲水性部分包含10-300个碳原子。较佳的是，所述非离子型亲水性部分包含20-200个碳原子。最佳的是，所述非离子型亲水性部分包含25-150个碳原子。所述非离子型亲水性部分可以是直链、有分支的链或环状链。所述非离子型亲水性部分可以是饱和的链、不饱和的链或包含芳族基团。合适的非离子型亲水性部分的一个具体的例子是聚环氧乙烷直链。示例性的阴离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可用来对包括铜互连的半导体基片进行化学机械抛光的水性浆液，所述浆液包含０－２５重量％的氧化剂，０．１－３０重量％的磨粒，０．００１－５重量％的苯羧酸，０．００００２－５重量％的多组分表面活性剂，０．００１－１０重量％的用来减少铜互连的静态蚀刻的抑制剂，０－５重量％的用来加快铜互连去除速率的含磷化合物，０－１０重量％的在抛光过程中形成的络合剂，以及余量的水，所述多组分表面活性剂包含疏水性尾部、非离子型亲水性部分和阴离子型亲水性部分，所述疏水性尾部包含６－３０个碳原子，所述非离子型亲水性部分包含１０－３００个碳原子。

【技术特征摘要】
US 2007-8-3 11/890,1081.一种可用来对包括铜互连的半导体基片进行化学机械抛光的水性浆液，所述浆液包含0-25重量％的氧化剂，0.1-30重量％的磨粒，0.001-5重量％的苯羧酸，0.00002-5重量％的多组分表面活性剂，0.001-10重量％的用来减少铜互连的静态蚀刻的抑制剂，0-5重量％的用来加快铜互连去除速率的含磷化合物，0-10重量％的在抛光过程中形成的络合剂，以及余量的水，所述多组分表面活性剂包含疏水性尾部、非离子型亲水性部分和阴离子型亲水性部分，所述疏水性尾部包含6-30个碳原子，所述非离子型亲水性部分包含10-300个碳原子。2.如权利要求1所述的水性浆液，其特征在于，所述苯羧酸的苯环包含至少两个羧基。3.如权利要求1所述的水性浆液，其特征在于，所述浆液包含二氧化硅磨粒。4.一种可用来对具有铜互连的半导体基片进行化学机械抛光的水性浆液，该浆液包含：0.01-15重量％的氧化剂，0.1-40重量％的二氧化硅磨粒，0.01-3重量％的苯羧酸，0.00005-2重量％的多组分表面活性剂，0.002-5重量％的用来减少铜互连的静态蚀刻的吡咯抑制剂，0-3重量％的用来加快铜互连去除速率的含磷化合物，0.01-5重量％的在抛光过程中形成的有机酸络合剂，以及余量的水，所述多组分表面活性剂包含疏水性尾部、非离子型亲水性部分和阴离子型亲水性部分，所述疏水性尾部包含8-20个碳原子，所述非离子型亲水性部分包含20-200个碳原子；所述水性浆液的pH值为6-12。5.如权利要求4所述的水性浆液，其特征在于，所述苯羧酸的苯环包含2-4个羧基。...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶倩萩，卞锦儒，
申请(专利权)人：罗门哈斯电子材料CMP控股股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]