不含磨料的化学机械抛光组合物及相关方法技术

一种不含磨料的水性组合物，适用于化学机械抛光含有色金属的有图案的半导体晶片。该组合物包含氧化剂，对有色金属的抑制剂，０－１５重量％的水溶性改性纤维素，０－１５重量％的磷化合物，０．００５－５重量％的两性聚合物以及水，该两性聚合物具有碳原子数为２－２５０的离子性亲水链段。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体晶片材料的化学机械抛光(CMP)，更具体地说，涉及在介电材料与阻挡材料存在条件下，用于抛光半导体晶片上金属互连件的CMP组合物和方法。
技术介绍
具体地说，半导体晶片是具有介电层的硅晶片，介电层上包括许多沟槽，排列成位于介电层中的电路互连布线图。布线图设计通常具有镶嵌结构或双重镶嵌结构。阻挡层覆盖图形的介电层，金属层覆盖该阻挡层。该金属层至少具有足够的厚度，能用金属填充有图案的沟槽，形成电路互连。CMP工艺一般包括多个抛光步骤。例如，第一步以初始高速除去过量的互连金属，如铜。第一步除去之后，第二步抛光能除去残留在阻挡层上位于金属互连之外的金属。后续的除去步骤从半导体晶片的下层介电层上除去阻挡材料，在介电层和金属互连上提供平坦的抛光表面。位于半导体基材的沟或槽中的金属提供了形成金属电路的金属线路。需要克服的一个问题是，抛光操作倾向于从每个沟或槽中除去金属，导致这些金属出现凹陷。凹陷是不利的，因为它会导致金属电路的关键尺寸发生变化。为了减少凹陷情况，要以较低的抛光压力进行抛光。但是，只降低抛光压力会需要延长抛光时间；在整个拉长的时期内还会出现凹陷情况。Schroeder等人在美国专利公开第2003/0228763号中公开了一种方法，使用两性非离子性表面活性剂来处置铜凹陷和介电材料侵蚀的情况。随着有图案的晶片抛光技术向缩小线路宽度的方向发展，不断需要一种方法来减少沟或槽中金属凹陷，同时无须延长抛光操作的时间。而且，需要这样的抛光组合物，在短时间抛光之后形成扫除了互连金属残留物的表面。
技术实现思路
本专利技术一方面提供了一种不含磨料的水性组合物，适用于化学机械抛光含有色金属的有图案的半导体晶片，该组合物包含氧化剂，对有色金属的抑制剂，0-15重量％的水溶性改性纤维素，0-15重量％的磷化合物，0.005-5重量％的两性聚合物和水，所述两性聚合物具有碳原子数为2-250的离子亲水部分。本专利技术另一方面提供了一种不含磨料的水性组合物，适用于化学机械抛光含有色金属的有图案的半导体晶片，该组合物包含0-25重量％的氧化剂，0.05-15重量％对有色金属的抑制剂，0-15重量％对有色金属的络合剂，0.01-5重量％的水溶性改性纤维素，0.01-10重量％磷化合物，0.01-3重量％的两性聚合物和水，所述两性聚合物具有碳原子数为5-100的离子亲水部分，且数均分子量为50-4000。本专利技术另一方面提供了一种化学机械抛光含有色金属的有图案的半导体晶片的方法，该方法包括a)使晶片与抛光组合物接触，该抛光组合物包含氧化剂，对有色金属的抑制剂，0-15重量％的水溶性改性纤维素，0-15重量％的磷化合物，0.005-5重量％的两性聚合物和水，所述两性聚合物具有碳原子数为2-250的离子亲水部分；和b)用抛光垫抛光该晶片。附图说明附图1是清除时间的图示。具体实施例方式本专利技术组合物和方法在对半导体晶片进行CMP处理，且抛光组合物中含有两性聚合物时，能提供良好的金属除去速率并能充分清除金属，金属互连的凹陷情况非常轻微。该组合物中任选含有水溶性改性纤维素，水混溶的有机溶剂，和磷化合物。该溶液中不含磨料，也不需要任何磨料。在本说明书中，该两性聚合物是指包括疏水性链段和亲水性链段的嵌段共聚物。疏水性链段可以是碳原子数为2-250的聚合链。为了说明本专利技术，碳原子数表示亲水性链段中的碳原子数。优选碳原子数为5-100，最优选为5-50。亲水性链段是离子性的。亲水性链段中单体单元数优选在1-100。该组合物中含有0.005-5重量％的这些两性聚合物是有利的。优选组合物中含有0.01-3重量％的这些两性聚合物。最优选该组合物中含有0.05-2重量％的这些两性聚合物。两性聚合物优选的数均分子量是50-5000——这种表达是指以数均分子量表达的两性聚合物的分子量。更优选该数均分子量是50-4000，最优选该数均分子量是100-3000。离子性链段包括阳离子，阴离子，和两性的(两性聚电解质和聚内铵盐)。较好地，亲水性链段是阴离子的，如聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸。亲水性链段优选包括聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸或丙烯酸和甲基丙烯酸的共聚物。共聚物中这些链段的组合产生了性质不同于其各自均聚物的分子，有助于清除金属而不使金属互连出现过度凹陷。该聚合物的疏水端可以包含烃链或烷基硫醇。最优选这些疏水性和亲水性链段以共聚物形式组合。任选地，组合物含有0-10重量％的水混溶的有机溶剂——本说明书指以重量百分比的所有组成。这些水混溶性有机溶剂通常是醇类或酮类，如甲醇，乙醇，1-丙醇，2-丙醇，乙二醇，1，2-丙二醇，丙三醇，丙酮和甲基乙基酮中的至少一种。该组合物中含有0.005-10重量％的这些有机溶剂是有利的。较好地，该组合物含有0.01-7.5重量％的这些有机溶剂。最好该组合物含有0.02-5重量％的这些有机溶剂。虽然本专利技术特别适用于铜互连，但是这种含水抛光组合物也能对其他有色金属互连，如铝，金，镍，铂族金属，银，钨，及其合金进行强化抛光。任选地，组合物含有0-15重量％的水溶性纤维素。较好地，组合物含有0.01-5.0重量％的水溶性纤维素。最好，该组合物含有0.05-1.5重量％的水溶性纤维素。改性纤维素的实例是阴离子性树胶，如洋菜胶，阿拉伯胶，印度胶，刺梧桐树胶，瓜尔胶，果胶，刺槐豆胶，黄蓍胶，罗望子胶，角叉胶和黄原胶，改性淀粉，褐藻酸，甘露糖醛酸，古洛糖醛酸，以及它们的衍生物和共聚物。优选的水溶性纤维素，羧甲基纤维素(CMC)具有0.1-3.0的取代度，重均分子量为1K-1000K。更好地，CMC具有0.7-1.2的取代度，重均分子量为40K-250K。CMC的取代度是纤维素分子中每个葡糖酐单元上的羟基数目。可以将其认为是CMC中羧酸基“密度”的度量。该溶液中含有氧化剂。较好地，溶液中含有0-25重量％的氧化剂。更好地，氧化剂在5-10重量％范围。氧化剂能特别有效地帮助溶液在低pH范围除去铜。氧化剂可以是许多氧化性化合物中的至少一种，比如过氧化氢(H2O2)，单过硫酸盐，碘酸盐，过邻苯二甲酸镁，过乙酸和其他过酸，过硫酸盐，溴酸盐，高碘酸盐，硝酸盐，铁盐，铈盐，Mn(III)盐，Mn(IV)盐和Mn(VI)盐，银盐，铜盐，铬盐，钴盐，卤素，次氯酸盐以及它们的混合物。而且，使用氧化性化合物的混合物一般是有利的。抛光浆料中含有不稳定的氧化剂时，如过氧化氢，在使用时将该氧化剂混入组合物一般是最有利的。此外，该溶液中含有抑制剂，通过静态蚀刻(static etch)或其他清除机理来控制有色金属的去除，如铜互连的除去速率。调节抑制剂的浓度，通过保护金属避免发生静态蚀刻来调节互连金属的除去速率。较好地，溶液含有0.05-15重量％的抑制剂。最好该溶液含有0.2-1.0重量％的抑制剂。抑制剂可以由抑制剂混合物构成。吡咯抑制剂对铜和银互连是特别有效的。典型的吡咯抑制剂包括苯并三唑(BTA)，巯基苯并噻唑(MBT)，甲苯基三唑(TTA)和咪唑。吡咯抑制剂的混合能提高或降低铜的除去速率。BTA是对铜和银特别有效的抑制剂。除了抑制剂之外，组合物可任选含有对有色金属的络合剂。该络合剂有利于提高金属薄膜如铜的除去速率。较好地，该组合物含有0-15重量％的对有色金属的络合剂。最本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种不含磨料的水性组合物，它用于化学机械抛光含有色金属的有图案的半导体晶片，所述组合物包含氧化剂、用于所述有色金属的抑制剂、０－１５重量％的水溶性改性纤维素、０－１５重量％的磷化合物、０．００５－５重量％的两性聚合物、以及水，其中该两性聚合物具有碳原子数为２－２５０的离子亲水部分。

【技术特征摘要】
US 2004-11-24 10/996,6891.一种不含磨料的水性组合物，它用于化学机械抛光含有色金属的有图案的半导体晶片，所述组合物包含氧化剂、用于所述有色金属的抑制剂、0-15重量％的水溶性改性纤维素、0-15重量％的磷化合物、0.005-5重量％的两性聚合物、以及水，其中该两性聚合物具有碳原子数为2-250的离子亲水部分。2.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，该两性聚合物的数均分子量为50-5000。3.如权利要求2所述的组合物，其特征在于，该两性聚合物是由丙烯酸或甲基丙烯酸形成的共聚物。4.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，该两性聚合物是烷基硫醇/甲基丙烯酸嵌段共聚物。5.一种不含磨料的水性组合物，它用于化学机械抛光含有色金属的有图案的半导体晶片，该组合物包含0-25重量％的氧化剂、0.05-15重量％的用于所述有色金属的抑制剂、0-15重量％的用于所述有色金属的络合剂、0.01-5重量％的...

【专利技术属性】
技术研发人员：T高希，RD所罗门，王红雨，
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]