无磨料的化学机械抛光组合物制造技术

本发明专利技术涉及一种可用来对包含有色金属的形成图案的半导体晶片进行化学机械抛光的水性无磨料组合物。所述组合物包含氧化剂，用于有色金属的抑制剂，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％的酸性聚合物，以及水。所述酸性聚合物包含碳数为４－２５０的甲基丙烯酸部分。所述甲基丙烯酸部分包含甲基丙烯酸或者丙烯酸／甲基丙烯酸共聚物。所述酸性聚合物包含源自巯基－羧酸链转移剂的链段。

【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)，更具体来说涉及用来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进行抛光的CMP组合物和方法。
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。阻挡层覆盖着所述形成图案的介电层，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形成图案的沟槽，同时金属形成电路互连。CMP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。凹陷是不希望有的，因为这会导致金属电路关键尺寸的变化。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，仅仅减小抛光压力将会需要抛光持续更长的时间；在整个长时期内，会持续形成凹陷。Ghosh等在美国专利公开第7,435,356号中揭示了一种将两性聚合物用于无磨料的抛光配制物的方法。这些配制物限制了铜的凹陷，促进了在合理的抛光时间内进行可以接受的铜清除。随着每个晶片上铜层数量的增加，人们一直需要无磨料的配制物，促进在缩短的抛光时间下减少铜的凹陷。另外，人们一直需要抛光组合物，所述抛光组合物能够在不断缩短抛光时间的情况下，获得不含互连金属残余物的表面。
技术实现思路
本专利技术提供了一种可用来对包含有色金属的形成图案的半导体晶片进行化学机械抛光的水性无磨料组合物，该组合物包含：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％的酸性聚合物，所述酸性聚合物包含甲基丙烯酸部分，所述甲基丙烯酸部分的碳数为4-250，所述甲基丙烯酸部分包含甲基丙烯酸或者丙烯酸/甲基丙烯酸共聚物，所述酸性聚合物包含源自链转移剂的链段，所述链转移剂是巯基-羧酸，以及水。在本专利技术的另一个方面，本专利技术提供了一种可用来对包含有色金属的形成图案的半导体晶片进行化学机械抛光的水性无磨料组合物，该组合物包含：0.1-25重量％的氧化剂，0.05-15重量％的用于所述有色金属的抑制剂，0.01-5重量％的水溶性改性纤维素，0.01-10重量％的磷化合物，0.01-3重量％的酸性聚合物，所述酸性聚合物包含甲基丙烯酸部分，所述甲基丙烯酸部分的碳数为7-100，所述甲基丙烯酸部分包含甲基丙烯酸或者丙-->烯酸/甲基丙烯酸共聚物，所述酸性聚合物的重均分子量为200-6000，包含源自链转移剂的链段，所述链转移剂是巯基-羧酸，以及水。具体实施方式所述组合物和方法加快了金属去除速率，完全在产生低的金属互连凹陷的情况下提供了有效的金属清除。所述组合物使用酸性聚合物，所述酸性聚合物是甲基丙烯酸或者丙烯酸/甲基丙烯酸共聚物，包含源自巯基-羧酸链转移剂的链段，用来对半导体进行抛光。任选地，所述组合物可以包含水溶性改性纤维素和磷化合物。所述溶液是不含磨料的，无需任何磨料。在本说明书中所述的酸性聚合物是甲基丙烯酸聚合物，或者由甲基丙烯酸和丙烯酸链段组成的共聚物，其包含源自巯基-羧酸链转移剂的链段。所述酸性聚合物可以包含碳数为4-250的聚合物链。对于本说明书来说，碳数表示共聚物部分中碳原子的数目。较佳的是，碳数为7-100，最优选为10-50。甲基丙烯酸聚合物中单体单元的数量为1-100；共聚物部分中优选为2-100。较佳的是，所述组合物包含0.005-5重量％的酸性共聚物。较佳的是，所述组合物包含0.01-3重量％的酸性共聚物。最佳的是，所述组合物包含0.05-2重量％的酸性共聚物。所述酸性聚合物优选的数均分子量为170-7,500，本说明书用数均分子量表示聚合物的分子量。更佳的是，所述数均分子量为200-6,000，最优选数均分子量为500-5,000。任选的离子型链段包括阳离子型、阴离子型和两性离子型(聚两性电解质和聚甜菜碱)。所述酸性共聚物包括用链转移剂制备的丙烯酸和甲基丙烯酸的共聚物。这些链段组合成共聚物，制得了性质不同于它们各自的均聚物的分子，这有助于在不对金属互连产生过多凹陷的情况下进行清除。所述链转移剂是巯基-羧酸。所述巯基羧酸提供了铜去除速率的出人意料的增大。最佳的是，所述链转移剂是3-巯基丙酸。尽管本专利技术特别可以用于铜互连，但是本专利技术的水性抛光组合物也可以为其它的有色金属互连提供增强的抛光，所述其它有色金属互连包括例如铝、金、镍、铂族金属、银、钨、以及它们的合金。任选地，所述组合物包含0-15重量％的水溶性纤维素。较佳的是，所述组合物包含0.01-5.0重量％的水溶性纤维素。最佳的是，所述组合物包含0.05-1.5重量％的水溶性纤维素。示例性的改性的纤维素是阴离子型树胶，例如以下的至少一种：琼脂胶，阿拉伯胶，茄替胶，刺梧桐树胶，瓜耳胶，果胶，刺槐豆胶，黄芪胶，罗望子胶，角叉菜胶以及汉生胶；改性淀粉；藻酸；甘露糖醛酸；古洛糖醛酸(guluronic acid)，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)的取代度为0.1-3.0，重均分子量为1K至1,000K。更优选地，CMC的取代度为0.7-1.2，重均分子量为40-250K。CMC的取代度是取代的纤维素分子中每个脱水葡萄糖单元上的羟基的数目。可以看作是CMC中羧酸基团的“密度”的度量。所述溶液包含氧化剂。较佳的是，所述溶液包含0.1-25重量％的氧化剂。更佳的是，所述氧化剂的含量为5-10重量％。所述氧化剂能够特别有效地促进溶液在低pH值范围内除去铜。所述氧化剂可以是许多种氧化性化合物中的至少一种，例如过氧化氢(H2O2)，-->单过硫酸盐，碘酸盐，过邻苯二甲酸镁，过乙酸和其它过酸，过硫酸盐，溴酸盐，高碘酸盐，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，次氯酸盐以及它们的混合物。另外，经常优选使用氧化剂化合物的混合物。当抛光浆液包含不稳定的氧化剂(例如过氧化氢)的时候，经常最优选在使用的时候将氧化剂混入所述组合物中。另外，所述溶液包含抑制剂，以控制通过静态蚀刻或其它去除机理去除有色金属，例如铜互连的速率。通过调解抑制剂的浓度，可以通过保护金属免遭静态蚀刻而调节互连金属的去除速率。较佳的是，所述溶液包含0.05-15重量％的抑制剂。最优选的是，所述溶液包含0.2-1.0重量％的抑制剂。所述抑制剂可以由抑制剂的混合物组成。吡咯抑制剂对于铜和银互连是特别有效的。常规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。吡咯抑制剂的混合物能够加快或减慢铜去除速率。BTA是特别有效的用于铜和银的抑制剂。除了抑制剂以外，所述组合物任选包含用于有色金属的配位剂。所述配位剂能够促进金属膜(例如铜)的去除速率。较佳的是，所述组合物包含0-15重量％的用于有色金属的配位剂。最佳的是，所述组合物包含0.1-1重量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可用来对包含有色金属的形成图案的半导体晶片进行化学机械抛光的水性无磨料组合物，该组合物包含：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％的酸性聚合物，所述酸性聚合物包含甲基丙烯酸部分，所述甲基丙烯酸部分的碳数为４－２５０，所述甲基丙烯酸部分包含甲基丙烯酸或者丙烯酸／甲基丙烯酸共聚物，所述酸性聚合物包含源自链转移剂的链段，所述链转移剂是巯基－羧酸，以及水。

【技术特征摘要】
US 2009-9-25 12/586,6421.一种可用来对包含有色金属的形成图案的半导体晶片进行化学机械抛光的水性无磨料组合物，该组合物包含：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％的酸性聚合物，所述酸性聚合物包含甲基丙烯酸部分，所述甲基丙烯酸部分的碳数为4-250，所述甲基丙烯酸部分包含甲基丙烯酸或者丙烯酸/甲基丙烯酸共聚物，所述酸性聚合物包含源自链转移剂的链段，所述链转移剂是巯基-羧酸，以及水。2.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述酸性聚合物的数均分子量为170-7,500。3.如权利要求2所述的组合物，其特征在于，所述链转移剂是3-巯基丙酸。4.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述甲基丙烯酸部分是丙烯酸/甲基丙烯酸共聚物。5.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述甲基丙烯酸部分是聚甲基...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红雨，SA伊比特森，T高希，MR温克勒，
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]