低K介电材料的化学机械抛光方法技术

本发明专利技术提供一种抛光含低ｋ介电层的基板的方法，其包括（ｉ）以包括（ａ）研磨剂、抛光垫或其组合，（ｂ）两亲型非离子界面活性剂及（ｃ）液体载体的化学机械抛光体系接触基板；及（ｉｉ）研磨至少一部分的基板以抛光基板。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术关于供抛光低k介电材料的化学机械抛光组合物。
技术介绍
平面化或抛光基板表面的组合物及方法为本
熟知。抛光组合物(亦称为抛光淤浆)典型地含有在水溶液中研磨材料且以浸透抛光组合物的抛光垫接触表面涂布至表面上。典型的研磨材料包括二氧化硅、氧化铈、氧化铝、氧化锆及氧化锡。例如美国专利第5,527,423号叙述化学机械抛光金属层的方法，其以包括在含水介质中的高纯度微细氧化金属颗粒的抛光淤浆接触表面。抛光淤浆典型地与抛光垫(如抛光布或抛光盘)一同使用。适当的抛光垫揭示在美国专利第6,062,968、6,117,000及6,126,532号中，其揭示使用具有开室多孔网路的烧结聚胺基甲酸乙酯抛光垫；以及美国专利第5,489,233号，其揭示使用具有表面纹理或图案的固态抛光垫。另一选择为研磨材料混入抛光垫中。美国专利第5,958,794号揭示固定研磨剂的抛光垫。硅基金属间介电层的抛光组合物在半导体工业中已特别良好地发展，硅基介电质的抛光及研磨的化学及机械本性已有相当好的了解。然而，硅基介电材料的一个问题为其介电常数相当高(约为3.9或更高，视如残留水分含量的因素而定)。结果，导电层间的电容亦较高，这同样也限制了电流可操作的速度(频率)。开发减少电容的策略包括(1)混入低电阻值的金属(如铜)，及(2)以比二氧化硅低介电常数的绝缘材料提供电隔离。这类低介电常数材料典型地包括有机聚合材料、无机与无机多孔介电材料、及掺混或复合有机与无机材料(可为多孔或无孔的)。低介电常数材料混入半导体结构中同时在半导体晶片加工中仍能利用传统化学机械抛光(CMP)体系抛光得到的介电材料的表面。含低介电常数材料的基板的几种化学机械抛光组合物为习知的。例如，美国专利第6,043,155号揭示无机及有机绝缘膜的氧化铈基淤浆。美国专利第6,046,112号揭示抛光包括氧化锆及氢氧化四甲基铵或氢氧化四丁基铵的低介电材料的抛光组合物。美国专利第6,270,395号揭示包括研磨剂及氧化剂的低介电材料的抛光组合物。界面活性剂一般用于化学机械抛光组合物中作为分散剂或絮凝剂。例如，美国专利第6,270,393号揭示包括氧化铝、无机盐、水溶性螯合剂及据宣称作为研磨剂分散剂的界面活性剂的研磨淤浆。美国专利第6,313,039号揭示包括研磨剂、羟基胺化合物、氧化剂及任选的据宣称改变欲抛光基板上表面电荷的界面活性剂的抛光组合物。美国专利第6,348,076号揭示包括界面活性剂(特别是阴离子界面活性剂)的金属层CMP的抛光组合物。美国公开专利申请案2001/0005009 A1揭示包括作为分散剂的界面活性剂(包括阴离子、阳离子、两性及非离子界面活性剂)的抛光组合物。美国公开专利申请案2001/0008828 A1揭示铜及隔离膜的含水抛光组合物，其包括研磨剂、有机酸、杂环化合物、氧化剂及任选的界面活性剂。美国公开专利申请案2001/0013507A1揭示抛光低介电常数无机聚合物层的方法，此层包括氧化锆研磨剂及非离子、阴离子、阳离子或两性界面活性剂(据宣称起安定抛光淤浆对抗沉淀、絮凝及分解作用)。WO 01/32794 A1揭示包括有机添加剂的CMP的钽隔离淤浆，添加剂可为任何界面活性剂，其据宣称与氧化硅或铜基板的表面形成键并抑制氧化硅沉淀及铜污染的形成。EP 810 302 B1揭示包括脱水山梨醇脂肪酸酯及脱水山梨醇酯肪酸酯聚氧乙烯衍生物作腐蚀抑制剂的抛光组合物。EP 1088 869 A1揭示包括研磨颗粒及HLB值为6或更低的两亲界面活性剂的CMP含水分散物。EP 1148 538 A1揭示包括氧化铈研磨剂及据宣称作为分散剂的界面活性剂(如阴离子、非离子、阳离子或两性的)的抛光组合物。虽然在化学机械抛光组合物中界面活性剂的使用已熟知，没有现有技术文献认定非离子界面活性剂比其他形式的界面活性剂(如阴离子、阳离子及两性界面活性剂)有特别的效果。已发现非离子界面活性剂可提供在基板层移除速率中改良的选择性。本专利技术的这些及其他优点，以及额外的专利技术特征由在此提供的专利技术说明变得明显。专利技术概要本专利技术提供一种抛光基板的方法，包括(i)以包括(a)研磨剂、抛光垫或其组合，(b)两亲型非离子界面活性剂及(c)液体载体的化学机械抛光体系接触包括介电层的基板；以及(ii)研磨至少一部分的基板以抛光介电层，其中该介电层的介电常数为3.5或更低。附图简单说明附图说明图1为表示界面活性剂浓度及低k介电材料的移除速率间关系的图。图2为表示界面活性剂的HLB值及钽(Ta)、二氧化硅(TEOS)及低k介电材料(CDO)的移除速率间关系的图。专利技术详细说明本专利技术是涉及一种抛光基板的方法，包括(i)以包括(a)磨擦物、抛光垫或其组合，(b)两亲型非离子界面活性剂及(c)液体载体的化学机械抛光体系接触基板，及(ii)研磨至少一部分基板以抛光基板。在此叙述的化学机械抛光体系包括研磨剂、抛光垫或两者皆有。CMP体系同时包括研磨剂及抛光垫优选。研磨剂可为任何适当的形式(如；研磨颗粒)。研磨剂可固定在抛光垫上及/或可为颗粒形式并悬浮在液体载体中。抛光垫可为任何适当抛光垫。研磨剂(当存在并悬浮在液体载体中时)及两亲型非离子界面活性剂，以及任何悬浮在液体载体中的其他组分，形成CMP体系的抛光组合物。研磨剂可为任何适当研磨剂(如金属氧化物)。例如，研磨剂可为选自由氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化铈、氧化锆、氧化锗、氧化镁、其共形成产物及其组合组成的群的金属氧化物研磨剂。研磨剂亦可为聚合物颗粒或涂布颗粒。典型地，研磨剂是选自由氧化铝、氧化硅、其共形成产物、涂布的氧化金属颗粒、聚合物颗粒及其组合组成的群。研磨剂为氧化硅优选。抛光体系典型地包括0.1重量％至20重量％(如0.5重量％至15重量％，或1重量％至10重量％)研磨剂，这以液体载体及溶解或悬浮在其中的任何化合物的重量为基础。两亲型非离子界面活性剂为具亲水部分及疏水部分的界面活性剂。为了本专利技术的目的，两亲型非离子界面活性剂定义为具有头基及尾基者。头基为界面活性剂的疏水部分，而尾基为界面活性剂的亲水部分。可使用任何适当的头基及任何适当的尾基。两亲型非离子界面活性剂可包括头基及尾基的任何适当组合。例如，两亲型非离子界面活性剂可只包括一个头基结合一个尾基；或在一些具体实施方案中，可包括多个(如二或更多)头基及/或多个(如二或更多)尾基。两亲型非离子界面活性剂为水溶性优选。头基可为基本上是疏水性的任何适当基。例如，适当头基包括聚硅氧烷、四C1-C4烷基癸炔、饱和或部分未饱和C6-30烷基、聚氧化丙烯、C6-12烷基苯基或环己基、聚乙烯或其混合物。饱和或部分未饱和C6-30烷基任选可由例如短链(C1-5)烷基、C6-30芳香基、短链(C1-5)碳氟化合物、羟基、卤素、羧酸、酯、胺、酰胺、二醇及其类似物的官能基取代。当头基团为饱和或部分未饱和C6-30烷基时，以亲水基取代的程度极低(如小于3，或少于2个亲水基)优选。头基团不以亲水基(如羟基及羧酸基)取代更优选。尾基可为基本上是亲水基的任何适当基团。例如，适当尾基团包括那些包含聚氧乙烯基(具有4或更多(如6或更多或8或更多)氧化乙烯重复单元优选)、脱水山梨醇基、高取代饱和或部分未饱和C6-30烷基或其混合物(如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抛光基板的方法，包括：（ｉ）以含有下列组分的化学机械抛光体系接触包括介电层的基板：（ａ）研磨剂、抛光垫或其组合；（ｂ）两亲型非离子界面活性剂，及；（ｃ）液体载体，及（ｉｉ）研磨至少一部分的该基板以 抛光该介电层；其中该介电层的介电常数为３．５或更低。

【技术特征摘要】
US 2002-6-7 10/165,1001.一种抛光基板的方法，包括(i)以含有下列组分的化学机械抛光体系接触包括介电层的基板(a)研磨剂、抛光垫或其组合；(b)两亲型非离子界面活性剂，及；(c)液体载体，及(ii)研磨至少一部分的该基板以抛光该介电层；其中该介电层的介电常数为3.5或更低。2.权利要求1的方法，其中该两亲型非离子界面活性剂的HLB为7或更高。3.权利要求1的方法，其中该两亲型非离子界面活性剂包括头基及尾基。4.权利要求3的方法，其中该尾基包括具有4或更多氧化乙烯重复单元的聚氧乙烯、脱水山梨醇或其混合物。5.权利要求3的方法，其中该头基包括聚硅氧烷、四C1-4烷基癸炔、饱和或部分未饱和C6-30烷基、聚氧丙烯、C6-12烷基苯基、C6-12烷基环己基、聚乙烯或其混合物。6.权利要求5的方法，其中该两亲型非离子界面活性剂为2，4，7，9-四甲基-5-癸炔-4，7-二醇乙氧基化物。7.权利要求4的方法，其中该两亲型非离子界面活性剂是选自聚氧乙烯烷基醚及聚氧乙烯烷基酸酯，其中该烷基为饱和或部分未饱和的C6-30烷基且任选为支链的。8.权利要求7的方法，其中该两亲型非离子界面活性剂为聚氧乙烯月桂基醚、聚氧乙烯十六烷基醚、聚氧乙烯硬脂基醚、聚氧乙烯油基醚、聚氧乙烯单月桂酸酯、聚氧乙烯单硬脂酸酯、聚氧乙烯二硬脂酸酯、聚氧乙烯单油酸酯或其组合。9.权利要求7的方法，其中该两亲型非离子界面活性剂为聚氧乙烯烷基苯基醚或聚氧乙烯烷基环己基醚，其中该烷基为饱和或部分未饱和的C6-30烷基且可任选为支链的。10.权利要求4的方法，其中该两亲型非离...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯文J莫根伯格，霍默乔，约瑟夫D霍金斯，杰弗里P张伯伦，
申请(专利权)人：卡伯特微电子公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]