欧美在线观看视频网站,亚洲熟妇色自偷自拍另类,啪啪伊人网,中文字幕第13亚洲另类,中文成人久久久久影院免费观看 ,精品人妻人人做人人爽,亚洲a视频

多組分阻擋層拋光液的制作方法

文檔序號(hào):3819539閱讀:633來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:多組分阻擋層拋光液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及用來(lái)去除阻擋層金屬的化學(xué)機(jī)械平面化(CMP)制劑,更具體來(lái)說(shuō),涉及在集成電路器件中的互連結(jié)構(gòu)的存在下,選擇性去除阻擋層金屬的拋光組合物。
背景技術(shù)
近年來(lái),半導(dǎo)體工業(yè)越來(lái)越多地依賴于使用銅電互連形成集成電路。這些銅電互連具有低電阻率,而對(duì)電遷移具有高阻抗。由于銅很容易溶于許多介電材料(例如二氧化硅和低-K或摻雜形式的二氧化硅),因此需要擴(kuò)散阻擋層來(lái)防止銅擴(kuò)散入下面的介電材料中。常規(guī)的阻擋層材料包括鉭、氮化鉭、鉭-氮化硅、鈦、氮化鈦、鈦-氮化硅、鈦-氮化鈦、鈦-鎢、鎢、氮化鎢和鎢-氮化硅。
隨著人們對(duì)高密度集成電路日益增長(zhǎng)的需要,目前半導(dǎo)體制造商們制造包含多層上方覆蓋的金屬互連結(jié)構(gòu)層的集成電路。在器件制造過(guò)程中,對(duì)各個(gè)互連層的平面化提高了組裝密度、過(guò)程均勻性、產(chǎn)品品質(zhì),最重要的是,使得可以制造多層集成電路。半導(dǎo)體制造商依靠化學(xué)機(jī)械平面化(CMP)作為低成本的制造平坦基材表面的方法。所述CMP法通常分兩步進(jìn)行。首先,該拋光過(guò)程使用特別設(shè)計(jì)用來(lái)迅速除去銅的“第一步”漿液。
在最初的銅去除之后,用“第二步”漿液除去堅(jiān)硬的阻擋層材料。通常第二步漿液需要有極佳的選擇性,可以除去阻擋層材料,而不會(huì)對(duì)互連結(jié)構(gòu)的物理結(jié)構(gòu)或電性質(zhì)造成負(fù)面影響。由于銅之類的高電導(dǎo)率互連金屬比氮化鉭和氮化鈦之類的常規(guī)阻擋層材料軟,常規(guī)的除去大量銅的漿液不能用于阻擋層用途。酸性阻擋層漿液通過(guò)向漿液中加入足量的苯并三唑來(lái)減緩銅去除速率,從而獲得選擇性。
在阻擋層拋光步驟中銅和TEOS之類的電介質(zhì)的速率的可調(diào)諧性是很重要的。對(duì)于本發(fā)明,TEOS表示由原硅酸四乙酯制備的電介質(zhì)。例如,Liu等人在美國(guó)專利公開第2005/0031789號(hào)中揭示了一種使用季銨鹽提高TEOS去除速率的酸性阻擋層漿液。這種漿液的優(yōu)點(diǎn)在于,具有極佳的阻擋層去除速率,具有低的銅去除速率,具有受到控制的TEOS去除速率。另外,通過(guò)過(guò)氧化氫含量可以有效地控制銅去除速率。不幸的是,這些漿液缺乏對(duì)低K電介質(zhì)(例如碳摻雜的氧化物,CDO)的控制。
由于不同的IC制造商所用的集成方案會(huì)發(fā)生變化;因此阻擋層CMP步驟中所需的各種被拋光的膜的選擇率也會(huì)變化。某些膜的層疊(stack)為了形貌校準(zhǔn),需要較高的銅去除速率、TEOS去除速率和CDO去除速率;但是在另外的情況下,需要低的銅去除速率、TEOS去除速率和CDO去除速率。能夠校正銅、TEOS和CDO的輪廓的阻擋層去除漿液將有助于進(jìn)一步減小線寬。
如上所述,人們需要提供對(duì)阻擋層材料具有高去除速率、對(duì)互連金屬具有極佳的選擇性、能夠控制TEOS、CDO和銅去除速率的第二步漿液。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種可用來(lái)在至少一種非鐵互連金屬的存在下去除阻擋層材料,而且對(duì)電介質(zhì)僅造成有限腐蝕的拋光液,該拋光液包含0-20重量%的氧化劑;至少0.001重量%的用來(lái)減小非鐵互連金屬去除速率的抑制劑;1ppm至4重量%的包含下式所示離子的有機(jī)銨陽(yáng)離子鹽, 式中R1、R2、R3和R4是原子團(tuán),R1的碳鏈包含2-25個(gè)碳原子;1ppm至4重量%的陰離子性表面活性劑,所述陰離子性表面活性劑包含4-25個(gè)碳原子,所述銨陽(yáng)離子鹽與陰離子性表面活性劑總共包含6-40個(gè)碳原子;0-50重量%的磨料和余量的水;所述溶液的pH值小于7。
在另一個(gè)方面中,本發(fā)明提供了一種可用來(lái)在至少一種非鐵互連金屬的存在下去除阻擋層材料,而且對(duì)電介質(zhì)僅造成有限腐蝕的拋光液,該拋光液包含0.001-15重量%的氧化劑;至少0.001重量%的用來(lái)減小非鐵互連金屬去除速率的抑制劑;1ppm至4重量%的包含下式所示離子的有機(jī)銨陽(yáng)離子鹽, 式中R1、R2、R3和R4是原子團(tuán),R1的碳鏈包含2-10個(gè)碳原子,所述有機(jī)銨陽(yáng)離子鹽具有5-25個(gè)碳原子;1ppm至4重量%的陰離子性表面活性劑,所述陰離子性表面活性劑包含5-20個(gè)碳原子,所述銨陽(yáng)離子鹽與陰離子性表面活性劑總共包含10-35個(gè)碳原子;0-50重量%的磨料和余量的水;所述溶液的pH值小于5。
在另一個(gè)方面中,本發(fā)明提供了一種拋光半導(dǎo)體基材的方法,該方法包括用拋光液和拋光墊拋光半導(dǎo)體基材的步驟,所述拋光液可用來(lái)在至少一種非鐵互連金屬的存在下去除阻擋層材料,而且對(duì)電介質(zhì)僅造成有限腐蝕,該拋光液包含0-20重量%的氧化劑;至少0.001重量%的用來(lái)減小非鐵互連金屬去除速率的抑制劑;1ppm至4重量%的包含下式所示離子的有機(jī)銨陽(yáng)離子鹽, 式中R1、R2、R3和R4是原子團(tuán),R1的碳鏈包含2-25個(gè)碳原子;1ppm至4重量%的陰離子性表面活性劑,所述陰離子性表面活性劑包含4-25個(gè)碳原子,所述銨陽(yáng)離子鹽與陰離子性表面活性劑總共包含6-40個(gè)碳原子;0-50重量%的磨料和余量的水;所述溶液的pH值小于7。
具體實(shí)施例方式
已發(fā)現(xiàn)陰離子性表面活性劑可以在銨陽(yáng)離子鹽的存在下,在酸性pH值的條件下加快碳摻雜氧化物的去除速率。所述陰離子性表面活性劑可以以一種方式作用,從而不會(huì)對(duì)坦、氮化鉭、銅或TEOS的去除速率造成負(fù)面影響。在本說(shuō)明書中,拋光液表示可包含磨料或不含磨料的拋光水溶液。如果拋光液包含磨料,則該拋光液也是拋光漿液。所述拋光液還可任選地包含表面活性劑、pH緩沖劑、消泡劑和生物殺滅劑。
在拋光低k和超低k的介電材料的時(shí)候,很重要的是保持低壓力,以減少這些材料的分層和斷裂。但是低壓力會(huì)造成低的阻擋層材料(Ta/TaN)去除速率,這是提高晶片生產(chǎn)量所不希望出現(xiàn)的。幸運(yùn)的是,已經(jīng)證明,酸性拋光液所得到的阻擋層去除速率高于在低壓力下操作的常規(guī)堿性阻擋層漿液。所述阻擋層材料可包括以下材料鉭、氮化鉭、鉭-氮化硅、鈦、氮化鈦、鈦-氮化硅、鈦-氮化鈦、鈦-鎢、鎢、氮化鎢和鎢-氮化硅。
通過(guò)加入銨鹽有助于在酸性pH值條件下促進(jìn)控制包含二氧化硅的層(例如TEOS層)的去除速率;因此可以控制包含二氧化硅的材料的去除速率。所述銨鹽是由化合物形成的有機(jī)銨鹽,其包括以下結(jié)構(gòu) 式中R1、R2、R3和R4是原子團(tuán),可以是相同的或不同的。該組合物在酸性pH值條件下使用,在此pH值條件下銨化合物離子化。示例性的陰離子包括硝酸根、硫酸根、鹵離子(例如溴離子、氯離子、氟離子和碘離子)、檸檬酸根、磷酸根、草酸根、蘋果酸根、葡糖酸根、氫氧根、乙酸根、硼酸根、乳酸根、硫氰酸根、氰酸根、磺酸根、硅酸根、高鹵酸根(例如高溴酸根、高氯酸根和高碘酸根)、鉻酸根以及它們的混合物。可以將所述鹽直接加入所述組合物中,或者在原位形成鹽。例如,在pH=2.5的條件下向硝酸溶液中加入氫氧化四丁基銨(TBAH)形成了硝酸四丁基銨。
優(yōu)選的銨鹽組合是氫氧化四丁基銨與氫氟酸反應(yīng)生成的銨鹽組合。該組合在低pH值條件下反應(yīng),生成氟化四丁基銨鹽。盡管確切的機(jī)理并不清楚(氟鹽在溶液中解離提供氟離子),但是溶液中的氟化有機(jī)銨鹽進(jìn)一步加快了TEOS去除速率。
R1是有機(jī)基團(tuán),其碳鏈包含2-25個(gè)碳原子。更佳的是,R1的碳鏈包含2-10個(gè)碳原子。最佳的是,R1的碳鏈包含2-5個(gè)碳原子。有機(jī)基團(tuán)R1可以是取代的或未取代的芳基、烷基、芳烷基或烷芳基。
較佳的是,R2、R3和R4是有機(jī)化合物,例如取代或未取代的芳基、烷基、芳烷基或烷芳基;或氫。如果R2、R3或R4是有機(jī)化合物,則該有機(jī)化合物的碳鏈優(yōu)選包含2-20個(gè)碳原子;更優(yōu)選包含2-10個(gè)碳原子;最優(yōu)選包含2-5個(gè)碳原子。陽(yáng)離子季銨鹽優(yōu)選總共包含5-25個(gè)碳原子。通常增加碳原子數(shù)會(huì)提高效果,但是會(huì)降低化合物的溶解性。較佳的是,碳原子總數(shù)為10-20。
適合用來(lái)形成銨鹽的化合物包括四乙基銨、四丁基銨、芐基三丁基銨、芐基三甲基銨、芐基三乙基銨、二烯丙基二甲基銨、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、甲基丙烯酰氧基乙基三甲基銨、3-(甲基丙烯酰氨基)丙基三甲基銨、三亞乙基四胺、四甲基胍、己胺及其混合物。具體的銨鹽包括硝酸四乙基銨、氟化四丁基銨、硝酸四乙基銨、氟化四乙基銨、氯化芐基三丁基銨、氯化芐基三甲基銨、氯化芐基三乙基銨、氯化二烯丙基二甲基銨、氯化二烯丙基二乙基銨、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、硫酸甲基丙烯酰氧基乙基三甲基銨、氯化甲基丙烯酰氧基乙基三甲基銨、氯化3-(甲基丙烯酰氨基)丙基三甲基銨、三亞乙基四胺、四甲基胍、己胺和包含至少一種上述化合物的混合物。優(yōu)選的銨鹽是四乙基銨鹽、四丁基銨鹽、芐基三丁基銨鹽、芐基三甲基銨鹽、芐基三乙基銨鹽及其混合物。
銨鹽的含量為1ppm至4重量%。在本說(shuō)明書中,除非另外具體說(shuō)明,所有的組成均以重量百分?jǐn)?shù)表示。較佳的是,所述銨鹽的含量為10ppm至2重量%。最佳的是,銨鹽的含量為25ppm至1重量%。
已發(fā)現(xiàn)陰離子性表面活性劑可以與銨鹽結(jié)合發(fā)生作用,加快碳摻雜的氧化物(例如購(gòu)自Novellus Systems,Inc.的CoralTM低k電介質(zhì))的去除速率。所述陰離子性表面活性劑總共包含4-25個(gè)碳原子。較佳的是,所述陰離子性表面活性劑包含5-20個(gè)碳原子,最優(yōu)選包含6-12個(gè)碳原子。示例性的陰離子性鹽包括選自磺酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽和羧酸鹽中的至少一種。另外,烴類和氟碳陰離子性表面活性劑都特別有效。具體的表面活性劑種類包括以下的至少一種月桂基磺基琥珀酸鹽、辛基磺酸鹽、癸基硫酸鹽、辛基硫酸鹽和磷酸鹽氟碳(phosphatefluorocarbon)化合物。
所述陰離子性表面活性劑的含量為1ppm至4重量%。較佳的是,所述陰離子性表面活性劑的量為10ppm至2重量%。最佳的是,陰離子性表面活性劑的量為25ppm至1重量%。
另外,由于所述陰離子性表面活性劑可以與陽(yáng)離子性銨鹽結(jié)合,從水溶液中沉淀出來(lái),因此很重要的是限制所述陽(yáng)離子銨鹽和陰離子性表面活性劑的總碳原子數(shù)。當(dāng)總碳原子數(shù)為6-40的時(shí)候,可以特別有效地控制TEOS和CDO去除速率,而不會(huì)造成負(fù)面的沉淀效果。較佳的是,所述陽(yáng)離子銨鹽和陰離子性表面活性劑的總碳原子數(shù)為10-35。最佳的是,所述陽(yáng)離子銨鹽和陰離子性表面活性劑的總碳原子數(shù)為15-30。
所述溶液任選包含0.0005-5重量%的至少一種非鐵促進(jìn)劑,該促進(jìn)劑選自用來(lái)絡(luò)合非鐵金屬的絡(luò)合劑和包含丙烯酸官能團(tuán)的水溶性聚合物。除非另外具體說(shuō)明,在本說(shuō)明書中,所有的溶液組分都以重量百分?jǐn)?shù)表示。較佳的是,所述溶液包含0.001-3重量%的至少一種非鐵促進(jìn)劑,該促進(jìn)劑選自用來(lái)絡(luò)合非鐵金屬的絡(luò)合劑和包含丙烯酸官能團(tuán)的水溶性聚合物。最佳的是,所述溶液包含0.002-2重量%的至少一種非鐵促進(jìn)劑,該促進(jìn)劑選自用來(lái)絡(luò)合非鐵金屬的絡(luò)合劑和包含丙烯酸官能團(tuán)的水溶性聚合物。
所述溶液任選包含0.02-2重量%的用于非鐵金屬的絡(luò)合劑。最佳的是,所述溶液包含0.05-1重量%的用于非鐵金屬的絡(luò)合劑。常規(guī)的絡(luò)合劑包括以下的至少一種羧酸、多羧酸、氨基羧酸、多胺化合物及其混合物。具體的絡(luò)合劑包括以下物質(zhì)乙酸、丙氨酸、天冬氨酸、乙酰乙酸乙酯、乙二胺、三亞甲基二胺、乙二胺四乙酸(EDTA)、檸檬酸、乳酸、蘋果酸、馬來(lái)酸、丙二酸、草酸、三亞乙基四胺、二亞乙基三胺、甘氨酸、乙醇酸、gluteric acid、水楊酸、氨三乙酸、乙二胺、羥基亞乙基乙二胺四乙酸、羥基喹啉、酒石酸、二乙基二硫代氨基甲酸鈉、琥珀酸、磺基水楊酸、三乙醇酸硫代乙醇酸、3-羥基丁酸、丙酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、3-羥基水楊酸、3,5-二羥基水楊酸、五倍子酸、葡糖酸、鄰苯二酚、連苯三酚、沒食子酸、鞣酸、它們的鹽、或者它們的混合物。一些有機(jī)酸,例如檸檬酸可以同時(shí)用作絡(luò)合劑和pH調(diào)節(jié)劑。所述絡(luò)合劑還可用來(lái)控制拋光液在老化過(guò)程中的變色。加入絡(luò)合劑加快了銅的去除,但是過(guò)量的絡(luò)合劑會(huì)對(duì)拋光速率造成負(fù)面影響。
含量為10ppm至4重量%的絡(luò)合劑可以控制拋光液的變色。絡(luò)合劑不足會(huì)造成拋光漿液不穩(wěn)定(拋光漿液在過(guò)短的時(shí)間內(nèi)變色);絡(luò)合劑過(guò)量會(huì)對(duì)拋光速率造成負(fù)面影響。
所述溶液任選包含含有丙烯酸官能團(tuán)的水溶性聚合物,以加快對(duì)非鐵互連金屬的去除速率。例如,聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、它們的共聚物及其混合物可以特別有效地逐漸加快銅的去除速率。例如,加入0.0005-5重量%的水溶性聚合物可以將非鐵互連金屬的去除速率提高到可接受的程度。較佳的是,所述溶液包含0.001-3重量%的水溶性聚合物。最佳的是,所述溶液包含0.002-3重量%的水溶性聚合物。所述水溶性聚合物的數(shù)均分子量為100-1000000。本說(shuō)明書中所有的分子量均為通過(guò)凝膠滲透色譜法測(cè)定的數(shù)均分子量。較佳的是,所述水溶性聚合物的數(shù)均分子量為100-750000。最佳的是,所述水溶性聚合物的數(shù)均分子量為100-500000。在此范圍內(nèi),共聚物在此范圍的最大值處能夠發(fā)揮最佳效果。
另外,所述水溶性聚合物優(yōu)選包含胺官能團(tuán)(例如聚(丙烯酰胺-共聚-丙烯)酸),以限制對(duì)TEOS去除速率的影響。當(dāng)所述溶液包含銨鹽的時(shí)候,胺官能團(tuán)是特別重要的。如果所述水溶性聚合物不是共聚物,則低分子量聚合物是優(yōu)選的。例如數(shù)均分子量為100-50000的聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸及其混合物能夠特別有效地逐漸增大銅去除速率,而不會(huì)顯著影響TEOS去除速率。較佳的是,聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸或其混合物的數(shù)均分子量為100-20000。最佳的是,聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸或其混合物的數(shù)均分子量為100-10000。
所述阻擋層金屬拋光組合物任選包含用來(lái)“機(jī)械”去除阻擋層材料的磨料。所述CMP組合物包含用來(lái)“機(jī)械”去除阻擋層的磨料。所述磨料優(yōu)選為膠體磨料。示例性的磨料包括以下物質(zhì)無(wú)機(jī)氧化物、金屬硼化物、金屬碳化物、金屬氫氧化物、金屬氮化物、或者包含至少一種上述磨料的組合。合適的無(wú)機(jī)氧化物包括例如二氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鈰(CeO2)、二氧化錳(MnO2)及其混合物。氧化鋁可以許多形式獲得,例如α-氧化鋁、γ-氧化鋁、δ-氧化鋁和無(wú)定形(非晶態(tài))氧化鋁。其它合適的氧化鋁的例子是勃姆石(AlO(OH))顆粒及其混合物。如果需要的話,也可使用這些無(wú)機(jī)氧化物的改性形式,例如涂敷了聚合物的無(wú)機(jī)氧化物顆粒。合適的金屬碳化物、硼化物和氮化物包括例如碳化硅、氮化硅、碳氮化硅(SiCN)、碳化硼、碳化鎢、碳化鋯、硼化鋁、碳化鉭、碳化鈦,以及包含至少一種上述金屬的碳化物、硼化物和氮化物的混合物。如果需要的話,還可使用金剛石作為磨料。其它的磨料還包括聚合物顆粒和涂敷的聚合物顆粒。優(yōu)選的磨料是二氧化硅。
所述拋光組合物的水相中磨料的濃度為0-50重量%。對(duì)于不含磨料的溶液,固定的研磨墊能幫助去除阻擋層。較佳的是,磨料的濃度為0.1-40重量%。最佳的是,磨料的濃度為0.25-35重量%。通常增大磨料的濃度可以加快介電材料的去除速率;尤其可以加快低k介電材料(例如碳摻雜的氧化物)的去除速率。例如,如果半導(dǎo)體制造商需要加快低k電介質(zhì)的去除速率,則增大磨料含量可以將電介質(zhì)去除速率提高到所需的水平。
磨料的平均粒度優(yōu)選小于250納米,以防止金屬過(guò)度凹陷和電介質(zhì)腐蝕。在本說(shuō)明書中,粒度表示膠體二氧化硅的平均粒度。最佳的是,二氧化硅的平均粒度小于100納米,以進(jìn)一步減小金屬的凹陷和電介質(zhì)的腐蝕。具體來(lái)說(shuō),當(dāng)磨料的平均粒度小于15納米的時(shí)候,磨料能夠以可接受的速率去除阻擋層金屬,而不會(huì)過(guò)分地去除介電材料。例如,當(dāng)使用平均粒度為2-15納米的膠體二氧化硅的時(shí)候,電介質(zhì)腐蝕最小,金屬凹陷最小。減小膠體二氧化硅的尺寸會(huì)提高溶液的選擇性;但是也會(huì)降低阻擋層去除速率。另外,優(yōu)選的膠體二氧化硅可包含添加劑,例如分散劑,以提高二氧化硅在酸性pH值范圍下的穩(wěn)定性。一種這樣的磨料是購(gòu)自法國(guó)Puteaux的AZ Electronic Materials的膠體二氧化硅。
另外,高純度二氧化硅顆粒還可用來(lái)減緩拋光液的老化或變黃速率。例如,將過(guò)渡金屬總濃度保持在小于1ppm進(jìn)一步提高拋光液抵制變黃的能力。另外,將鉀和鈉限制在小于1ppm減小了這些有害組分向介電層中的不利的擴(kuò)散。
任選地,優(yōu)選使用氧化劑對(duì)鉭、氮化鉭、鈦和氮化鈦之類的阻擋層的去除速率進(jìn)行優(yōu)化。合適的氧化劑包括例如過(guò)氧化氫、單過(guò)硫酸鹽、碘酸鹽、過(guò)鄰苯二甲酸鎂、過(guò)乙酸和其它的過(guò)酸、過(guò)硫酸鹽、硼酸鹽、高碘酸鹽、硝酸鹽、鐵鹽、鈰鹽、錳鹽(Mn(III)、Mn(IV)和Mn(VI))、銀鹽、銅鹽、鉻鹽、鈷鹽、鹵素、次氯酸鹽、或者包含至少一種上述氧化劑的組合。優(yōu)選的氧化劑是過(guò)氧化氫。注意到通常在即將使用之前將氧化物加入拋光組合物中,在這些情況下,氧化劑包含在單獨(dú)的包裝中。
氧化劑的用量需要為0-20重量%。較佳的是,氧化劑的含量為0.001-15重量%。最佳的是,所述組合物包含0.05-10重量%的氧化劑。通過(guò)調(diào)節(jié)過(guò)氧化物之類的氧化劑的量,也可控制金屬互連去除速率。例如,增大過(guò)氧化物的濃度可以增大銅的去除速率。但是氧化劑過(guò)量會(huì)對(duì)拋光速率造成負(fù)面影響。
另外,所述溶液包含至少0.001重量%的抑制劑以控制通過(guò)靜態(tài)蝕刻或其它去除機(jī)理造成的對(duì)非鐵互連的去除速率。通過(guò)調(diào)節(jié)抑制劑的濃度,可以保護(hù)金屬不發(fā)生靜態(tài)蝕刻,從而調(diào)節(jié)非鐵互連金屬的去除速率。較佳的是,所述溶液包含0.001-10重量%的抑制劑以抑制非鐵金屬(例如銅互連)的靜態(tài)蝕刻。最佳的是,所述溶液包含0.05-2重量%的抑制劑。所述抑制劑可以由抑制劑的混合物組成。吡咯抑制劑對(duì)銅互連和銀互連特別有效。常規(guī)的吡咯抑制劑包括苯并三唑(BTA)、巰基苯并噻唑(MBT)、甲苯三唑和咪唑。BTA是能夠特別有效地用于銅互連和銀互連的抑制劑。
所述拋光組合物的pH值小于7,還包含余量的水。較佳的是,所述pH值小于或等于5。所述拋光組合物任選包含無(wú)機(jī)pH調(diào)節(jié)劑,將該拋光組合物的pH值調(diào)節(jié)至小于7的酸性pH值,還包含余量的水。較佳的是,所述pH值調(diào)節(jié)劑僅含雜質(zhì)水平濃度的金屬離子。另外,所述溶液最優(yōu)選通過(guò)使用余量的去離子水來(lái)限制附帶的雜質(zhì)。所述pH值調(diào)節(jié)劑可以是有機(jī)酸或無(wú)機(jī)酸。示例性的有機(jī)酸包括以下的至少一種乙酸、檸檬酸、蘋果酸、馬來(lái)酸、乙醇酸、鄰苯二甲酸、草酸、丙二酸、乳酸、琥珀酸、酒石酸、以及它們的混合物。較佳的是,所述pH值調(diào)節(jié)劑是無(wú)機(jī)酸,例如硝酸、硫酸、鹽酸、氫氟酸和磷酸。最佳的pH值調(diào)節(jié)劑是硝酸(HNO3)。通常溶液的pH值為1.5-5。最優(yōu)選pH值為2-4。
在小于5的pH值條件下,拋光組合物可以提供很高的阻擋層金屬去除速率,即使使用較低的磨料濃度也是如此。低磨料濃度可以通過(guò)減小不希望有的磨料造成的缺陷(例如劃痕),從而改進(jìn)CMP處理的拋光性能。另外,在小于4的pH值條件下,可以用具有較小粒度的磨料顆粒配制拋光組合物。例如,粒度小至大約10納米的磨料仍然能夠得到可接受的Ta/TaN去除速率。通過(guò)使用具有較小粒度的磨料以及配制具有低磨料濃度的酸性拋光組合物,拋光缺陷被減少到優(yōu)良的水平。
所述溶液使得CMP設(shè)備可以以低墊壓力操作,例如壓力為7.5-25千帕,在某些情況下,甚至低于7.5千帕。所述低CMP墊壓力可以通過(guò)減少劃痕和其它不希望有的拋光缺陷以及減少對(duì)脆性材料的破壞,從而改進(jìn)拋光性能。例如,低介電常數(shù)材料在受到高壓縮力的時(shí)候會(huì)發(fā)生斷裂和分層。另外,由所述酸性拋光液獲得的高阻擋層金屬去除速率,使得可以在低磨料濃度和小粒度條件下進(jìn)行有效的阻擋層金屬拋光。
對(duì)于本說(shuō)明書,可用來(lái)在非鐵互連金屬的存在下優(yōu)選地去除阻擋層材料表示除去阻擋層材料的速率(單位為埃/分鐘)大于對(duì)互連金屬的去除速率。通常在測(cè)得垂直于晶片的拋光墊壓力小于15千帕的情況下,測(cè)得所述拋光液對(duì)氮化鉭和銅的選擇性至少為1∶1。較佳的是,在測(cè)得垂直于晶片的拋光墊壓力小于15千帕的情況下,測(cè)得所述拋光液對(duì)氮化鉭和銅的選擇性至少為1.5∶1。最優(yōu)選測(cè)得所述拋光液對(duì)氮化鉭和銅的選擇性至少為2∶1。測(cè)試選擇性的一個(gè)具體例子是實(shí)施例1所示的條件,該實(shí)施例使用聚氨酯拋光墊。這種高選擇性使得芯片制造商無(wú)需去除過(guò)多的介電材料或互連材料便可去除阻擋層材料。
對(duì)于本說(shuō)明書,有限的電介質(zhì)腐蝕表示一種化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程,在拋光之后,電介質(zhì)具有足以發(fā)揮其預(yù)期目的的厚度,所述目的是例如作為半導(dǎo)體、作為掩模或阻擋層材料。另外,所述拋光液提供了靈活的氮化鉭與電介質(zhì)或CDO的選擇性。例如,在測(cè)得垂直于晶片的拋光墊壓力小于15千帕的情況下,測(cè)得所述拋光液對(duì)氮化鉭和TEOS或CDO的選擇性為1∶2到高達(dá)10∶1。檢測(cè)選擇性的一個(gè)例子是實(shí)施例1的條件,實(shí)施例1使用聚氨酯拋光墊。
所述拋光組合物還可任選地包含緩沖劑,例如pKa在pH值為1.5至小于4的范圍內(nèi)的各種有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸、氨基酸、或者它們的鹽。所述拋光組合物還可任選地包含消泡劑,例如包括以下物質(zhì)的非離子性表面活性劑酯、環(huán)氧乙烷、醇、乙氧基化物、硅化合物、氟化合物、醚、葡糖苷、以及它們的衍生物等。所述消泡劑還可以是兩性表面活性劑。所述拋光組合物可以任選地包含生物殺滅劑,例如KathonICP III,其包含活性組分2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮和5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮(Kathon是羅門哈斯公司的注冊(cè)商標(biāo))。
實(shí)施例制備了表1-5中的溶液組合物,以評(píng)價(jià)各種濃度的各種陰離子性表面活性劑的性能。在制備所述組合物時(shí),在一個(gè)容器中,將所示的必需量的所有所需化學(xué)物質(zhì)(除了過(guò)氧化氫和磨料以外)加入去離子水中。溶液在容器中攪拌,直至所有的組分都溶于水。然后將所述磨料加入容器中。然后通過(guò)加入硝酸,將所述溶液的pH值調(diào)節(jié)至目標(biāo)pH值。然后向該容器中加入過(guò)氧化氫,用作拋光組合物。對(duì)于本說(shuō)明書,字母表示比較例,數(shù)字表示本發(fā)明的實(shí)施例。
實(shí)施例1使用Applied Materials制造的Mirra型拋光器具進(jìn)行拋光。拋光墊是Rohmand Haas Electronic Materials CMP Technologies提供的PolitexTMHigh E多孔聚氨酯拋光墊。每次操作之前,用Kinik生產(chǎn)的具有180微米金剛石的金剛石研磨板對(duì)拋光墊進(jìn)行精整。拋光過(guò)程在薄膜壓力10.33千帕(1.5psi)、臺(tái)板轉(zhuǎn)速93轉(zhuǎn)/分鐘(rpm)、支架轉(zhuǎn)速87rpm的條件下進(jìn)行。拋光組合物提供速率為200毫升/分鐘,使用購(gòu)自ATDF,Inc.的200毫米覆蓋晶片。Cu和TaN的去除速率在四點(diǎn)探針CDE Resmap上測(cè)量。用ThermaWave Optiprobe2600計(jì)量器具測(cè)量銅、TaN、TEOS和Coral碳摻雜氧化物(CDO)膜的去除速率,用購(gòu)自Applied Materials的OrbotTMWF-720測(cè)量缺陷度。下表1-4列出了拋光結(jié)果。
表1

BTA=苯并三唑,二氧化硅購(gòu)自AZ Electronics,平均粒度為25納米,TBAH=氫氧化四丁基銨,CDO=得自Novellus Systems,Inc.的CoralTM碳摻雜氧化物,Polystep B29表面活性劑=購(gòu)自Stepan公司的辛基硫酸鈉或硫酸,單辛酯,鈉鹽(總共8個(gè)碳原子),Polystep B25表面活性劑=購(gòu)自Stepan公司的硫酸,單癸酯,鈉鹽。
表2

BTA=苯并三唑,二氧化硅購(gòu)自AZ Electronics,平均粒度為25納米,TBAH=氫氧化四丁基銨,CDO=得自Novellus Systems,Inc.的CoralTM碳摻雜氧化物,Bioterge PAS-8S表面活性劑=購(gòu)自Stepan公司的辛磺酸鈉,其化學(xué)式為CH3(CH2)6CH2SO3Na(總共包含8個(gè)碳原子)。
表3

BTA=苯并三唑,二氧化硅購(gòu)自AZ Electronics,平均粒度為25納米,TBAH=氫氧化四丁基銨,CDO=得自Novellus Systems,Inc.的CoralTM碳摻雜氧化物,Morewet DB表面活性劑=購(gòu)自Witco公司的二丁基萘磺酸鈉(總共包含18個(gè)碳原子)。
表4

RR=去除速率,單位為埃/分鐘,BTA=苯并三唑,二氧化硅購(gòu)自AZElectronics,平均粒度為25納米,TBAH=氫氧化四丁基銨,CDO=得自NovellusSystems,Inc.的CoralTM碳摻雜氧化物,Monomate LNT-40表面活性劑=購(gòu)自Uniqema公司的月桂基磺基琥珀酸銨(總共16個(gè)碳原子)。
表1至表4說(shuō)明陰離子性烴類表面活性劑可以有效地與TBAH結(jié)合來(lái)提高碳摻雜的氧化物的去除速率。具體來(lái)說(shuō),所述陰離子性表面活性劑增大了酸性阻擋層漿液中的CDO去除速率,而不會(huì)對(duì)氮化鉭、TEOS或銅的去除速率造成顯著的負(fù)面影響。所述Bioterge PAS-8S、Polystep B25和Poly B29表面活性劑提供了有效的與季銨結(jié)合用于CDO和TEOS去除速率性質(zhì)的例子。這些表面活性劑有助于調(diào)節(jié)TEOS和CDO去除速率,以提高鉭去除步驟得到的平面性。
實(shí)施例2使用Strasbaugh型6EC拋光器具進(jìn)行拋光。拋光墊是Rohm and HaasElectronic Materials CMP Technologies提供的PolitexTM多孔聚氨酯拋光墊。每次操作之前,用Kinik生產(chǎn)的包含180微米的金剛石的金剛石研磨板對(duì)拋光墊進(jìn)行精整。拋光過(guò)程在薄膜壓力10.33千帕(1.5psi)、臺(tái)板轉(zhuǎn)速93轉(zhuǎn)/分鐘(rpm)、支架轉(zhuǎn)速87rpm的條件下進(jìn)行。拋光組合物提供速率為200毫升/分鐘,使用購(gòu)自ATDF,Inc.的200毫米覆蓋晶片。Cu和TaN的去除速率在四點(diǎn)探針CDE Resmap上測(cè)量。用ThermaWave Optiprobe2600計(jì)量器具測(cè)量銅、TaN、TEOS和Coral碳摻雜氧化物(CDO)膜的去除速率,用購(gòu)自Applied Materials的OrbotTMWF-720測(cè)量缺陷度。下表5列出了拋光結(jié)果。

所有的樣品都包含0.6重量%的苯并三唑、0.003842重量%的購(gòu)自BASF的Trilion BS EDTA和0.085重量%的TBAH;二氧化硅購(gòu)自AZ Electronics,平均粒度為25納米,CDO=得自Applied Materials的Black DiamondTM碳摻雜氧化物,Zonyl FSP是購(gòu)自Dupont的氟碳表面活性劑。
Zonyl FSP表面活性劑的結(jié)構(gòu)如下(RfCH2CH2O)xP(O)(ONH4)y其中Rf=F(CF2CF2)zx=1或2y=2或1x+y=3z=1至大約為7

當(dāng)x=1時(shí)y=2z=4該分子包含大約10個(gè)碳原子。
表5說(shuō)明所述陰離子性氟碳表面活性劑能夠有效地與TBAH結(jié)合以增加碳摻雜氧化物的去除速率。具體來(lái)說(shuō),所述陰離子性表面活性劑增大了酸性阻擋層漿液中的CDO去除速率,而不會(huì)對(duì)氮化鉭、TEOS或銅的去除速率造成顯著的負(fù)面影響。這些表面活性劑有助于調(diào)節(jié)TEOS和CDO去除速率,以提高鉭去除步驟得到的平面性。
總之,所述組合提供了具有優(yōu)良的鉭阻擋層去除、控制的銅、TEOS和CDO去除速率的低pH拋光液。另外,它能夠快速去除阻擋層材料,對(duì)互連金屬具有極佳的選擇性,還具有優(yōu)良的晶片缺陷度。任選地,磨料可以提高低k電介質(zhì)去除速率,絡(luò)合劑和丙烯酸聚合物控制銅去除速率,提供適用于一些集成方案的拋光液。
權(quán)利要求
1.一種可用來(lái)在至少一種非鐵互連金屬的存在下去除阻擋層材料,而且對(duì)電介質(zhì)僅造成有限腐蝕的拋光液,該拋光液包含0-20重量%的氧化劑;至少0.001重量%的用來(lái)減小非鐵互連金屬去除速率的抑制劑;1ppm至4重量%的包含下式所示離子的有機(jī)銨陽(yáng)離子鹽, 式中R1、R2、R3和R4是原子團(tuán),R1的碳鏈包含2-25個(gè)碳原子;1ppm至4重量%的陰離子性表面活性劑,所述陰離子性表面活性劑包含4-25個(gè)碳原子,所述銨陽(yáng)離子鹽與陰離子性表面活性劑總共包含6-40個(gè)碳原子;0-50重量%的磨料和余量的水;所述拋光液的pH值小于7。
2.如權(quán)利要求1所述的拋光液,其特征在于,所述陰離子性表面活性劑包含以下的至少一種磺酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽和羧酸鹽。
3.如權(quán)利要求2所述的拋光液,其特征在于,所述陰離子性表面活性劑是烴或氟碳化合物。
4.如權(quán)利要求3所述的拋光液,其特征在于,所述陰離子性表面活性劑選自以下的至少一種月桂基磺基琥珀酸鹽、辛基磺酸鹽、癸基硫酸鹽、辛基硫酸鹽和磷酸鹽氟碳。
5.一種可用來(lái)在至少一種非鐵互連金屬的存在下去除阻擋層材料,而且對(duì)電介質(zhì)僅造成有限腐蝕的拋光液,該拋光液包含0.001-15重量%的氧化劑;至少0.001重量%的用來(lái)減小非鐵互連金屬去除速率的抑制劑;1ppm至4重量%的包含下式所示離子的有機(jī)銨陽(yáng)離子鹽, 式中R1、R2、R3和R4是原子團(tuán),R1的碳鏈包含2-10個(gè)碳原子,所述有機(jī)銨陽(yáng)離子鹽包含5-25個(gè)碳原子;1ppm至4重量%的陰離子性表面活性劑,所述陰離子性表面活性劑包含5-20個(gè)碳原子,所述銨陽(yáng)離子鹽與陰離子性表面活性劑總共包含10-35個(gè)碳原子;0-50重量%的磨料和余量的水;所述溶液的pH值小于5。
6.如權(quán)利要求5所述的拋光液,其特征在于,所述陰離子性表面活性劑包含以下的至少一種磺酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽和羧酸鹽。
7.如權(quán)利要求6所述的拋光液,其特征在于,所述陰離子性表面活性劑是烴或氟碳化合物。
8.如權(quán)利要求7所述的拋光液,其特征在于,所述陰離子性表面活性劑選自以下的至少一種月桂基磺基琥珀酸鹽、辛基磺酸鹽、癸基硫酸鹽、辛基硫酸鹽和磷酸鹽氟碳。
9.如權(quán)利要求8所述的拋光液,其特征在于,所述拋光液包含絡(luò)合劑,所述絡(luò)合劑包括選自以下的至少一種乙酸、丙氨酸、天冬氨酸、乙酰乙酸乙酯、乙二胺、三亞甲基二胺、乙二胺四乙酸(EDTA)、檸檬酸、乳酸、蘋果酸、馬來(lái)酸、丙二酸、草酸、三亞乙基四胺、二亞乙基三胺、甘氨酸、乙醇酸、glutericacid、水楊酸、氨三乙酸、乙二胺、羥基亞乙基乙二胺四乙酸、羥基喹啉、酒石酸、二乙基二硫代氨基甲酸鈉、琥珀酸、磺基水楊酸、三乙醇酸硫代乙醇酸、3-羥基丁酸、丙酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、3-羥基水楊酸、3,5-二羥基水楊酸、五倍子酸、葡糖酸、鄰苯二酚、連苯三酚、沒食子酸、鞣酸、它們的鹽、或者它們的混合物。
10.一種拋光半導(dǎo)體基材的方法,該方法包括用拋光液和拋光墊拋光半導(dǎo)體基材的步驟,所述拋光液可用來(lái)在至少一種非鐵互連金屬的存在下去除阻擋層材料,而且對(duì)電介質(zhì)僅造成有限腐蝕,該拋光液包含0-20重量%的氧化劑;至少0.001重量%的用來(lái)減小非鐵互連金屬去除速率的抑制劑;1ppm至4重量%的包含下式所示離子的有機(jī)銨陽(yáng)離子鹽, 式中R1、R2、R3和R4是原子團(tuán),R1的碳鏈包含2-25個(gè)碳原子;1ppm至4重量%的陰離子性表面活性劑,所述陰離子性表面活性劑包含4-25個(gè)碳原子,所述銨陽(yáng)離子鹽與陰離子性表面活性劑總共包含6-40個(gè)碳原子;0-50重量%的磨料和余量的水;所述溶液的pH值小于7。
全文摘要
一種可用來(lái)在至少一種非鐵互連金屬的存在下去除阻擋層材料,而且對(duì)電介質(zhì)僅造成有限腐蝕的拋光液,該拋光液包含0-20重量%的氧化劑;至少0.001重量%的用來(lái)減小非鐵互連金屬去除速率的抑制劑;1ppm至4重量%的形成季銨結(jié)構(gòu)的有機(jī)銨陽(yáng)離子鹽;1ppm至4重量%的陰離子性表面活性劑,所述陰離子性表面活性劑包含4-25個(gè)碳原子,所述銨陽(yáng)離子鹽與陰離子性表面活性劑總共包含6-40個(gè)碳原子;0-50重量%的磨料和余量的水;所述溶液的pH值小于7。
文檔編號(hào)C09G1/02GK101016440SQ200710005150
公開日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2007年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月8日
發(fā)明者卞錦儒, 劉振東 申請(qǐng)人:羅門哈斯電子材料Cmp控股股份有限公司
網(wǎng)友詢問留言 已有0條留言
  • 還沒有人留言評(píng)論。精彩留言會(huì)獲得點(diǎn)贊!
1
泸溪县| 新兴县| 祥云县| 沾化县| 明水县| 珲春市| 丹阳市| 洪雅县| 三门县| 潼南县| 五家渠市| 西峡县| 韶山市| 信宜市| 蓬安县| 东台市| 金沙县| 星子县| 郧西县| 资中县| 枞阳县| 兴仁县| 枣强县| 达州市| 威远县| 郴州市| 青川县| 灵山县| 平邑县| 普宁市| 建始县| 南昌县| 卢氏县| 广州市| 吉安县| 天峻县| 沈阳市| 安平县| 建昌县| 澜沧| 松桃|