可调控的去除阻隔物的抛光浆料制造技术

一种用来对半导体基材进行化学机械平坦化的水性浆料。所述浆液包括按重量百分数计０．１－２５的氧化剂、０．１－２０的平均粒径小于２００ｎｍ的二氧化硅颗粒、０．００５－０．８的用于包覆二氧化硅颗粒的聚乙烯基吡咯烷酮、０．０１－１０的抑制剂、０．００１－１０的络合剂和余量的水以及随附杂质，所述水性浆料的ｐＨ至少为７。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
芯片制造工艺中引入新的低k和超低k介电质给化学机械平坦化(CMP)方法带来了新的挑战。由于低k和超低k材料的机械强度相对较低，CMP过程中施加的机械力可能会使低k膜破碎或从晶片基材上剥离。CMP正在朝采用较小的向下力也即等于小于3psi(20.7kPa)的力的设备发展。操作这种采用较小的向下力的抛光设备需要抛光浆料来产生较大的材料去除速率，以便获得可以接受的晶片产率。浆料制造厂家面临的另一个挑战是，现有的低k/超低k材料的集成结构差异极大，而且该结构很大程度取决于用户具体目标。有些相对简单的集成电路使用常规的对介电质的选择性不高的CMP浆料。尽管这些浆料有良好的表面形貌修整能力，但是它们容易使介电质和金属的过度损失。除了这个问题以外，由于金属沟渠/通路结构的纵横比很高，在阻隔物CMP过程中，一些集成电路布图需要浆料的选择性更高以降低金属的损失。另外，集成电路布图可能包括不同膜的覆盖层，使情况更加复杂。除了复杂集成电路布图带来的难题以外，大部分超低k材料是多孔物质，容易被浆料污染。将一种多孔覆盖层沉积在多孔介电质的表面，能防止浆料污染此低k膜。此外，现有的具有超低k物质的集成电路布图中可能包括多个覆盖层。例如，很多超低k集成电路布图具有两层覆盖层，顶层是牺牲层，下面一层是保护介电质的底层。对于这种有两层覆盖层的电路，低k阻隔物去除浆料必需能除去阻隔物质，根据前述步骤保持或修整表面形貌，除去表面的牺牲覆盖层，而维持底部覆盖层，同时不能“穿透”底下的超低k介电质。这需要选择性地在多个不同膜、阻隔层、一种或可能两种的覆盖材料、例如铜等互连金属和低k介电质膜之间进行控制。因此，需要一种能控制阻隔物、介电质、Cu膜、和覆盖层之间选择性的浆料。
技术实现思路
本专利技术提供一种用来对半导体基材进行化学机械平坦化的水性浆料，包括按重量百分数计，0.1-25的氧化剂、0.1-20的平均粒径小于200nm的二氧化硅颗粒、0.005-0.8的用于包覆二氧化硅颗粒的聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、0.01-10的降低至少一种有色金属去除速率的抑制剂、0.001-10的有色金属络合剂和余量的水以及随附杂质；所述水性浆料的pH至少为7。半导体基材的抛光方法，包括如下步骤a)在所述半导体基材上施加如权利要求1所述的浆料；b)向抛光垫施加21kPa或更小的相对于所述半导体基材向下的力；c)用所述抛光垫对所述半导体基材进行平坦化以去除所述半导体基材上的阻隔物。附图说明图1是TEOS和CDO(低k)的去除速率相对于聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)含量的关系图。图2是TEOS和碳化硅的去除速率相对于聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)含量的关系图。图3是TEOS和碳化硅和CDO(低k)的去除速率相对于聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)含量的关系图。图4是CDO(低k)的粗糙度相对于聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)含量的关系图。图5是TEOS的粗糙度相对于聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)含量的关系图。图6是三种不同浆料的zeta电位相对于聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)含量的关系图。具体实施例方式已经发现，向含有二氧化硅的浆料添加控制量的聚乙烯基吡咯烷酮(或称为PVP)，可以很好地控制低k介电质膜的去除速率选择性。具体而言，向二氧化硅CMP浆料加入PVP可以抛光低k介电质膜(通常是憎水性的)，还可以抛光具有硬膜覆盖层的膜。抛光浆料包括0.1-25重量百分数的氧化剂。该氧化剂是用来氧化晶片的金属组分，例如铜。此说明书描述所有以重量百分数计算的浓度。浆料宜包括0.1-10重量百分数的氧化剂。更好地，浆料包括0.5-7.5重量百分数的氧化剂。氧化剂可以是多种氧化物的至少一种，例如过氧化氢(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、过碘酸盐、硝酸盐、铁盐、铈盐、Mn(III)、Mn(IV)和Mn(VI)盐、银盐、铜盐、铬盐、钴盐、卤素和次氯酸盐。另外，氧化物的混合物通常也是适宜的。优选的阻隔金属抛光浆料包括过氧化氢氧化剂。当抛光浆料包含不稳定的氧化剂例如过氧化氢时，通常最合适的做法是在使用的时候将氧化剂混入浆料。浆料包括0.1-20重量百分数的二氧化硅胶体磨料用以去除阻隔材料。浆料宜包括0.1-15重量百分数的二氧化硅胶体磨料。二氧化硅胶体磨料的平均粒径小于200nm。水性浆料中宜包含平均粒径5-150nm的二氧化硅胶体。最好的是，二氧化硅胶体的平均粒径在6-120nm之间。通常，粒径加大会导致阻隔物去除速率提高。但是加大二氧化硅胶体的粒径还容易加大浆料对半导体晶片的刮擦。除了二氧化硅颗粒的粒径外，颗粒的形状和形貌也对刮擦有所影响。浆料还包括0.005-0.8的聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)用来包覆二氧化硅颗粒。本说明书中，包覆二氧化硅颗粒定义为PVP对浆料zeta电位有可测量的影响。例如，浆料含有或不含PVP时zeta电位可探测到差异，即产生zeta电位的可测量的影响。适于测定zeta电位的仪器具体有Dispersion Technology生产的DT-1200。浆料宜含有0.05-0.8重量百分数的PVP。应用中，如果要求以适中速率去除低k物质来去除阻隔物时，浆料宜含有0.05-0.4重量百分数的PVP。应用中，如果要求以低速率去除低k物质来去除阻隔物时，浆料宜包含0.4-0.8重量百分数的PVP。PVP对浆料zeta电位宜提高至少2毫伏。尽管提高zeta电位会降低浆料的稳定性，它同时也降低低k物质的去除速率。更好地，浆料的PVP提高至少5毫伏的zeta电位。然而过多的PVP将导致二氧化硅胶体不可逆的沉淀。本说明书中，不可逆的沉淀是指水性溶液中的二氧化硅经过2分钟振荡后保持沉淀状态。PVP较好使浆料经过室温的储存至少30天后产生的不可逆沉淀二氧化硅颗粒少于10，最好的是，少于2％。通常，减少不可逆二氧化硅沉淀将降低浆料的刮擦趋势。加入0.01-10总重量百分数的抑制剂会降低有色金属，例如铜、银、铜合金和银合金的去除速率。最好的是，半导体晶片包括铜。抑制剂宜包括唑类化合物。唑类抑制剂包括苯并三唑(BTA)、甲基苯并三唑、咪唑和其他唑类化合物。最好的是，浆料包含0.01-5总重量百分数的唑类抑制剂。用于去除阻隔金属的水性浆料的pH至少为7。该浆料对去除钽、氮化钽、钛、氮化钛和其他阻隔金属特别有效。最好的是，浆料的pH在7.5-12之间。提供氢氧根的化合物，例如氨、氢氧化钠或氢氧化钾则用来调节在碱性范围的pH。最好的是，提供氢氧根的化合物是氢氧化钾。除了抑制剂外，0.001-10重量百分数的络合剂也能防止有色金属沉淀。最好的是，浆料包含0.001-5的重量百分数的络合剂。络合剂的例子包括乙酸、柠檬酸、乙基乙酰乙酸、乙醇酸、乳酸、马来酸、草酸、水杨酸、二乙基二硫代氨基甲酸钠、琥珀酸、酒石酸、硫代乙醇酸、甘氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、1，2-乙二胺、三甲基二胺、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、连苯三酚、单宁酸及其盐。络合剂宜选自乙酸、柠檬酸、乙基乙酰乙酸、乙醇酸、乳酸、马来酸、草酸。络合剂最好为柠檬酸。或者，浆料可以包括例如氯化物的平化剂，具体来说有，氯化铵、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用来对半导体基材进行化学机械平坦化的水性浆料，包括，按重量百分数计，０．１－２５的氧化剂、０．１－２０的平均粒径小于２００ｎｍ的二氧化硅颗粒、０．００５－０．８的用于包覆二氧化硅颗粒的聚乙烯基吡咯烷酮（ＰＶＰ）、０．０１－１０的用于降低至少一种有色金属去除率的抑制剂、０．００１－１０的有色金属络合剂和余量的水以及附带的杂质；所述水性浆料的ｐＨ至少为７。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-2-27 10/376,0591.一种用来对半导体基材进行化学机械平坦化的水性浆料，包括，按重量百分数计，0.1-25的氧化剂、0.1-20的平均粒径小于200nm的二氧化硅颗粒、0.005-0.8的用于包覆二氧化硅颗粒的聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、0.01-10的用于降低至少一种有色金属去除率的抑制剂、0.001-10的有色金属络合剂和余量的水以及附带的杂质；所述水性浆料的pH至少为7。2.如权利要求1所述的水性浆料，其特征在于，所述PVP使ζ电位至少升高2毫伏。3.如权利要求1所述的水性浆料，其特征在于，所述浆料在室温储存至少30天产生的不可逆沉淀的二氧化硅颗粒少于10％。4.一种用来对半导体基材进行化学机械平坦化的水性浆料，包括，按重量百分数计，0.1-10的氧化剂、0.1-15的平均粒径5-150nm的二氧化硅颗粒、0.05-0.8的用于包覆二氧化硅颗粒的聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、总量为0.01-5的用于降低至少一种有色金属去除率的唑类抑制剂、...

【专利技术属性】
技术研发人员：葉倩萩，MR范哈内亨，J匡茨，
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]