化学机械抛光组合物及其相关方法技术

本发明专利技术揭示了一种用来对包含非铁金属的图案化半导体晶片进行化学机械抛光的化学机械抛光组合物。该化学机械抛光组合物包含非铁金属的抑制剂，聚（乙二醇）甲醚（甲基）丙烯酸酯和１－乙烯基咪唑的共聚物，和水。

【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。更具体来说，本专利技术涉 及化学机械抛光组合物和使用该化学机械抛光组合物在介电材料和阻挡层 材料的存在下对半导体晶片上的金属互连件进行抛光的方法。
技术介绍
通常，半导体晶片是具有介电层的硅晶片，所述介电层包括多个沟槽， 这些沟槽设置在介电层内形成用于电路互连的图案。所述图案设置通常具 有镶嵌结构或双镶嵌结构。阻挡层覆盖着所述图案化的介电层，金属层覆 盖着所述阻挡层。所述金属层的厚度至少足以填充所述图案化的沟槽，同 时金属形成电路互连。化学机械抛光工艺经常包括多个抛光步骤。例如，第一步以初始高速 率除去过量的互连金属，例如铜。第一步去除之后，可以通过第二步抛光 除去残留在阻挡层之上、金属互连以外的金属。随后的抛光从半导体晶片 的下面的介电层除去阻挡层，在介电层和金属互连上提供平坦的抛光表面。半导体基片上的沟槽或凹槽中的金属提供形成金属电路的金属线。一 个有待克服的问题是，所述抛光操作会从各个沟槽或凹槽除去金属，导致 这些金属产生凹陷。产生凹陷是不希望的，因为这会导致金属电路临界 尺寸的变化。为了减少产生凹陷，人们在较低的抛光压力下进行抛光。但 是，如果仅仅减小抛光压力，将会使得抛光需要持续更长的时间。但是， 在整个延长的持续时间中会持续产生凹陷。美国专利第7,086,935号(Wang)描述了将包含以下组分的无磨料铜配 剂用于图案化的晶片甲基纤维素，丙烯酸/甲基丙烯酸共聚物，苯并三唑 (BTA)以及可混溶的溶剂。Wang所描述的配剂能够除去铜并对铜进行清洁， 同时产生很低的铜凹陷，但是在迅速的抛光过程中，配剂会在抛光垫和晶4片上沉淀绿色的Cu-BTA化合物。由于这些沉淀物的出现，需要对抛光垫 进行抛光后清洁，以避免与这种胶状沉淀物有关的抛光去除速率降低；并 需要对晶片进行抛光后清洁以免产生缺陷。这些额外的清洁步骤需要强效 而昂贵的清洗溶液，而且具有因延迟晶片产出而引起的相关的"拥有成本 (cost of ownership)，，。
技术实现思路
因此，仍然需要一种化学机械抛光组合物，该组合物能够实现高去除 速率、低凹陷，并且在短时间的第二步抛光后留下除去互连金属残余物的表面。在本专利技术的一方面，提供一种可用来对包含铜互连金属的图案化半导 体晶片进行化学机械抛光的化学机械抛光组合物，其包含0.01-15重量％ 的铜互连金属的抑制剂；0.005-5重量％的聚(乙二醇)甲醚(甲基)丙烯酸酯和 l-乙烯基咪唑的共聚物；和水；其中所述化学机械抛光组合物具有酸性pH。在本专利技术的另一方面，提供一种可用来对包含铜互连金属的图案化半 导体晶片进行化学机械抛光的化学机械抛光组合物，其包含0.01-15重量 %的铜互连金属的抑制剂；0.005-5重量％的聚(乙二醇)甲醚(甲基)丙烯酸酯 和l-乙烯基咪唑的共聚物；0.05-20重量％的符合以下通式1的水溶性酸化 合物<formula>formula see original document page 5</formula>\ 〉 2HC——C\ OH I其中R是氢或含碳化合物；0.01-15重量％的铜互连金属的络合剂； 0.01-15重量％的磷化合物；0-25重量％的氧化剂；和水；其中所述化学机 械抛光组合物具有酸性pH。在本专利技术的另一方面，提供一种可用来对包含铜互连金属的图案化半导体晶片进行化学机械抛光的化学机械抛光组合物，其包含铜互连金属的抑制剂；0.001-15重量％的水溶性纤维素；0.05-20重量％的符合以下通式I的水溶性酸化合物<formula>formula see original document page 6</formula>其中R是氢或含碳化合物；0.005-5重量％的聚(乙二醇)甲醚(甲基)丙烯 酸酯和l-乙烯基咪唑的共聚物；0.01-15重量％的铜互连金属的络合剂； 0.01-15重量％的磷化合物；0-25重量％的氧化剂；和水；其中所述化学机 械抛光组合物具有酸性pH。在本专利技术的另一方面，提供一种可用来对包含非铁金属的图案化半导 体晶片进行化学机械抛光的化学机械抛光组合物，其包含0.01-15重量％ 的非铁金属的抑制剂；0.005-5重量％的聚(乙二醇)甲醚(甲基)丙烯酸酯和 l-乙烯基咪唑的共聚物；和水；其中所述化学机械抛光组合物具有酸性pH。在本专利技术的另一方面，提供一种可用来对包含非铁金属的图案化半导体晶片进行化学机械抛光的化学机械抛光组合物，其包含非铁金属的抑 制剂；0.001-15重量％的水溶性纤维素；0.05-20重量％的符合以下通式1的水溶性酸化合物<formula>formula see original document page 6</formula>其中R是氢或含碳化合物；0.005-5重量％的聚(乙二醇)甲醚(甲基)丙烯 酸酯和l-乙烯基咪唑的共聚物；0.01-15重量％的非铁金属的络合剂；0.01-15重量％的磷化合物；0-25重量％的氧化剂；和水；其中所述化学机械抛光组 合物具有酸性pH。在本专利技术的另一方面，提供一种对包含非铁金属的半导体晶片进行化 学机械抛光的方法，其包括(a)提供一种化学机械抛光组合物，其包含 1-25重量％的氧化剂，0.01-15重量％的非铁金属的抑制剂，0.005-5重量％ 的聚(乙二醇)甲醚(甲基)丙烯酸酯和1-乙烯基咪唑的共聚物，和水，其中所 述化学机械抛光组合物具有酸性pH; (b)提供化学机械抛光垫；(C)提供 含非铁金属的半导体晶片；(d)在化学机械抛光垫和半导体晶片之间产生动 态接触；(e)将抛光溶液分配到化学机械抛光垫与半导体晶片之间的界面处 或界面附近。在本专利技术的另一方面，提供一种对包含非铁金属的半导体晶片进行化学机械抛光的方法，其包括(a)提供一种化学机械抛光组合物，其包含氧化剂，非铁金属的抑制剂，0.001-15重量％的水溶性纤维素，0.05-20重量%的符合以下通式I的水溶性酸化合物 OH/o=c\CH2 /R~~N p\ # 2HC——C\ OH I其中R是氢或含碳化合物，0.005-5重量％的聚(乙二醇)甲醚(甲基)丙烯 酸酯禾口 1-乙烯基咪唑的共聚物，0.01-15重量％的非铁金属的络合剂，0.01-15 重量％的磷化合物，1-25重量％的氧化剂，和水，其中所述化学机械抛光组合物具有酸性pH; (b)提供化学机械抛光垫；(C)提供含非铁金属的半导 体晶片；(d)在化学机械抛光垫和半导体晶片之间产生动态接触；(e)将抛光溶液分配到化学机械抛光垫与半导体晶片之间的界面处或界面附近。 具体实施例方式当对半导体晶片进行化学机械抛光时，本专利技术的化学机械抛光组合物7和方法提供良好的金属去除速率，良好的金属清洁和低金属互连凹陷，所述化学机械抛光组合物包含抑制剂；水溶性改性纤维素；符合通式I的水溶性酸化合物 OH /<formula>formula see original document page 8</formula>其中R是氢或含碳化合物；聚(乙二醇)甲醚(甲基)丙烯酸酯和l-乙烯基 咪唑的共聚物；任选的铜互连金属的络合剂；任选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可用来对包含铜互连金属的图案化半导体晶片进行化学机械抛光的化学机械抛光组合物，其包含：０．０１－１５重量％的铜互连金属的抑制剂；０．００５－５重量％的聚（乙二醇）甲醚（甲基）丙烯酸酯和１－乙烯基咪唑的共聚物；和水；其中所述化学机械抛光组合物具有酸性ｐＨ。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：T高希，TM托马斯，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[]