[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

CN1644640A - 用于铜的受控抛光的组合物和方法 - Google Patents

用于铜的受控抛光的组合物和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1644640A
CN1644640A CNA2004101046776A CN200410104677A CN1644640A CN 1644640 A CN1644640 A CN 1644640A CN A2004101046776 A CNA2004101046776 A CN A2004101046776A CN 200410104677 A CN200410104677 A CN 200410104677A CN 1644640 A CN1644640 A CN 1644640A
Authority
CN
China
Prior art keywords
copper
optionally contain
contain substituent
imidazoles
polishing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CNA2004101046776A
Other languages
English (en)
Inventor
J·G·阿梅恩
R·L·小拉瓦伊
J·匡西
J·K·索
T·M·托马斯
叶倩萩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rohm and Haas Electronic Materials CMP Holdings Inc
Rohm and Haas Electronic Materials LLC
Original Assignee
Rohm and Haas Electronic Materials LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rohm and Haas Electronic Materials LLC filed Critical Rohm and Haas Electronic Materials LLC
Publication of CN1644640A publication Critical patent/CN1644640A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00—Polishing compositions
    • C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1454—Abrasive powders, suspensions and pastes for polishing
    • C09K3/1463—Aqueous liquid suspensions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/32115—Planarisation
    • H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

本发明提供了适用于抛光半导体晶片上的铜的水性组合物，该组合物包含0.001至6wt％的非铁金属抑制剂，0.05至10wt％该金属的配位剂，0.01至25wt％用于加速铜的去除的铜去除剂，0.5至40wt％的研磨剂，和0至10wt％选自聚乙烯吡咯烷酮，热塑性聚合物和它们的混合物的化合物，其中该铜去除剂是咪唑。

Description

用于铜的受控抛光的组合物和方法
技术领域
本发明涉及半导体晶片材料的化学机械平坦化(CMP)且更具体地，本发明涉及在存在电介质和阻挡层材料的情况下用于从半导体晶片上去除互连金属的CMP组合物和方法。
背景技术
半导体晶片典型包含硅晶片和含有多个沟槽的电介质层，该沟槽在电介质层内排列形成电路互连的图案。这些图案的排列通常具有金属镶嵌结构或双重金属镶嵌结构。利用阻挡层覆盖具有图案的电介质层并用金属层覆盖该阻挡层。该金属层具有至少足够的厚度以便使金属填充该图案沟槽从而形成电路互连。
CMP工艺通常包括多个平坦化步骤。例如，第一步从下面的阻挡电介质层上除去金属层。该第一步抛光可除去金属层，并在晶片上留下填充有金属的沟槽的光滑平坦表面，该沟槽可提供与该抛光表面平齐的电路互连。第一步抛光能够以最初的高速率除去过多的互连金属例如铜。第一步去除之后，第二步抛光能够除去残留在该半导体晶片上的阻挡层。这个第二步抛光可以在电介质层和金属互连的存在下除去该阻挡层。
遗憾的是，CMP工艺通常会产生来自于不充分的第二步抛光的多余的互连金属。换言之，第二步抛光过程期间没能以足够高的速率将该互连金属除去。这种多余金属会损害电信号和危害双重金属镶嵌结构的继续加工。因此，在一些情形中，某些芯片制造商实际上希望在第二步抛光中对互连金属具有高的静态腐蚀速率以便根据具体的应用“调节”该速率。
Tsuchiya等人在美国专利No.6,585,568中公开了用于抛光铜的已知组合物，该组合物包含苯并三唑和三唑化合物。Tsuchiya的组合物减小了腐蚀速率以尝试最大程度上减小凹陷。遗憾的是，这种已知组合物可能会产生多余的铜，一种被称为“赘铜(proudcopper)”的情形。
因此，存在对可用于控制金属互连的抛光的改良CMP组合物和方法的需求。具体地，存在对可以在第二步抛光过程中加速铜的去除的CMP组合物和方法的需求。
发明内容
第一方面，本发明提供了用于抛光半导体晶片上的铜的水性组合物，该组合物包含0.001至6wt％的非铁金属抑制剂，0.05至10wt％该金属的配位剂，0.01至25wt％用于加速铜的去除的铜去除剂，0.5至40wt％的研磨剂，0至10wt％的氧化剂和0至10wt％选自聚乙烯吡咯烷酮，热塑性聚合物和它们的混合物的化合物，其中该铜去除剂是咪唑。
第二方面，本发明提供了用于抛光半导体晶片上的铜的水性组合物，该组合物包含0.001至6wt％的苯并三唑以抑制铜的腐蚀，0.05至10wt％的铜配位剂，0.01至25wt％用于加速铜的抛光的咪唑，0.5至40wt％的研磨剂，0至10wt％的氧化剂和0至10wt％选自聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯醇和它们的混合物的化合物和余量的水，其中咪唑与苯并三唑的重量百分比的比值是至少3比1。
第三方面，本发明提供了用于从半导体晶片上抛光铜的方法，该方法包括：使晶片与抛光组合物接触，该晶片包含铜，该抛光组合物包含0.001至6wt％的非铁金属抑制剂，0.05至10wt％该金属的配位剂，0.01至25wt％的咪唑，0.5至40wt％的研磨剂，0至10wt％的氧化剂和0至10wt％选自聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯醇和它们的混合物的化合物和余量的水；和用抛光垫抛光该晶片，其中咪唑可以加速铜的抛光。
具体实施方式
本组合物和方法提供了优异的受控铜抛光。具体地，本发明的水性组合物适用于“调节”铜的去除速率以满足期望的应用。也就是说，可以利用本组合物来加速从半导体晶片上去除铜同时最大程度上减小腐蚀问题。该组合物利用已知的铜抑制剂，咪唑，出乎意料地加速了铜的去除。
在本发明的一个优选实施方案中，在该组合物中利用咪唑(“铜去除剂”)出乎意料地加速了铜的去除。可以在本发明中利用任何咪唑(例如取代，未取代)。例如，可以利用通过下列式(1)，(2)表示的咪唑化合物，
其中，R1和R2是氢原子，可选含有取代基的烷基，可选含有取代基的不饱和烃基，可选含有取代基的环烷基，可选含有取代基的芳烷基，可选含有取代基的芳烯基，可选含有取代基的芳基-环烃基，可选含有取代基的芳基，可选含有取代基的杂环残基和可选含有取代基的烷氧羰基和它们的组合。
对本说明书而言，“烷基”可以是含有1至24个碳原子的直链或支链烷基，例如甲基，乙基，丙基，异丙基，丁基，异丁基，仲丁基，叔丁基，戊基，己基，庚基，辛基，壬基，癸基，十二烷基，十一烷基等等。
本发明中的“不饱和烃基”可以是含有2至24个碳原子的直链或支链不饱和烃基，例如烯基(例如，乙烯基，1-丙烯基，2-丙烯基，异丙烯基，丁烯基，戊烯基，己烯基，庚烯基，辛烯基，壬烯基，癸烯基，十二烯基，十一烯基等等)；和炔基(例如乙炔基，丙炔基，丁炔基，戊炔基，己炔基，庚炔基，辛炔基，壬炔基，癸炔基，十二炔基，十一炔基等)。
本发明中的“环烷基”可以是含有3至6个碳原子的饱和或不饱和环烷基，例如环丙基，环己基等。
本发明中的“芳基”可以是苯基，萘基，蒽基等。
本发明中的“芳烷基”可以是含有7至24个碳原子的芳烷基，其中该烷基部分可以是直链或支链的。它们的实例包括苄基，苯乙基，萘甲基等。
本发明中的“芳烯基”可以含有8至24个碳原子，其中该芳基部分限定为上文所述的芳基而该烯基部分是直链或支链的。它们的实例包括苯乙烯基，苯丙烯基，苯丁烯基，萘乙烯基，萘丙稀基等。
本发明中的“芳基-环烃基”可以含有9至24个碳原子，其中该芳基部分限定为上文所述的芳基而该环烃基部分是饱和或不饱和的。它们的实例包括苯基环丙基，苯基环戊基，苯基环己基，萘基环丙基，萘基环戊基，萘基环己基等。
本发明中的“杂环残基”可以含有不饱合5元环或者6元环并含有一个或多个杂原子(例如氮原子，氧原子，硫原子等)。它们的实例包括呋喃基，噻吩基，吡啶基，嘧啶基，喹啉基等。
本发明中的“烷氧羰基”可以是含有2至8个碳原子的直链或支链烷氧羰基。它们的实例包括甲氧羰基，乙氧羰基，丙氧羰基，丁氧羰基，异丁氧羰基，仲丁氧羰基，叔丁氧羰基，戊氧羰基，己氧羰基，庚氧羰基等，优选甲氧羰基和乙氧羰基。
对于R2的烷基，不饱和烃基，环烷基，芳烷基，芳基，芳烯基，芳基-环烃基和杂环残基可选地用1个或多个取代基取代。取代基的实例包括含有1至12个碳原子的直链或支链烷基(例如甲基，乙基，丙基，异丙基，丁基，异丁基，仲丁基，叔丁基，戊基，己基，庚基，辛基，壬基，癸基，十二烷基等)，不饱和烃基，卤原子(氟原子，氯原子，溴原子，碘原子)，含有1至12个碳原子的直链或支链烷氧基(例如甲氧基，乙氧基，丙氧基，异丙氧基，丁氧基，异丁氧基，仲丁氧基，叔丁氧基，戊氧基，己氧基，庚氧基，辛氧基，壬氧基，癸氧基，十二烷氧基等)，羧基，杂环残基等等。
优选地，该咪唑化合物可以以一定范围的浓度存在于该溶液中，例如0.01至25wt％。本说明书以重量百分比表示所有的浓度。可以存在单一类型的咪唑化合物，或者可以使用咪唑化合物的混合物。更优选地，该溶液包含0.05至10wt％的咪唑化合物且对于大多数应用，0.1至5wt％的咪唑化合物浓度可提供足够的阻挡层去除速率。该咪唑化合物最优选的浓度是1wt％。
优选地，该溶液包含0.001至6wt％的抑制剂以便控制由静态腐蚀或其它去除机制产生的铜去除速率。调节抑制剂的浓度可通过保护金属不受静态腐蚀从而调节该金属的去除速率。该溶液优选包含0.02至5wt％用于抑制铜或银互连的静态腐蚀的抑制剂。该抑制剂可以由抑制剂的混合物组成。唑类抑制剂对铜互连特别有效。典型的唑类抑制剂包括苯并三唑(BTA)，巯基苯并噻唑(MBT)和甲苯三唑(TTA)。BTA对于铜是特别有效的抑制剂。
优选地，本发明的组合物包含至少3比1的咪唑与抑制剂(例如BTA)的比值以便有效去除铜。更优选地，该组合物包含至少10比1的咪唑与抑制剂的比值以便有效去除铜。最优选地，该组合物包含至少25比1的咪唑与抑制剂的比值以便有效去除铜。
除抑制剂之外，该溶液包含0.05至10wt％该非铁金属的配位剂。当存在时，该配位剂可通过溶解该非铁互连金属来防止已形成的金属离子的沉淀。最优选地，该溶液包含0.1至5wt％的非铁金属配位剂。典型的配位剂包括乙酸，柠檬酸，乙酰乙酸乙酯，羟基乙酸，乳酸，苹果酸，草酸，水杨酸，二乙基二硫代氨基甲酸钠，丁二酸，酒石酸，巯基乙酸，甘氨酸，丙氨酸，天冬氨酸，乙二胺，三甲基二胺，丙二酸，戊二酸(gluteric acid)，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，棓酸，葡萄糖酸，邻苯二酚，连苯三酚，丹宁酸，包括它们的盐和混合物。优选地，该配位剂选自乙酸，柠檬酸，乙酰乙酸乙酯，羟基乙酸，乳酸，苹果酸，草酸和它们的混合物。最优选地，该配位剂是柠檬酸。
优选地，该抛光组合物包含0.5至40wt％的研磨剂以便促进阻挡层的去除。在这个范围之内，希望使研磨剂的存在量大于或等于1.0wt％，且优选大于或等于2.0wt％。此外，在这个范围内希望该数量小于或等于25wt％，且优选小于或等于20wt％。最优选地，该研磨剂的浓度是10至15wt％。
该研磨剂具有小于或等于150纳米(nm)的平均颗粒尺寸以便防止过度的金属凹陷和电介质腐蚀。对于本说明书而言，颗粒尺寸是指该研磨剂的平均颗粒尺寸。更优选地，希望使用具有小于或等于100nm的平均颗粒尺寸的胶态研磨剂。此外，当使用具有小于或等于50nm平均颗粒尺寸的胶态二氧化硅时可产生最小程度的电介质腐蚀和金属凹陷。此外，优选的胶态研磨剂可以包含添加剂，例如分散剂，表面活性剂和缓冲剂以便提高该胶态研磨剂的稳定性。一种这样的胶态研磨剂是法国Clariant S.A.，Puteaux生产的胶态二氧化硅。
该抛光组合物包含用于“机械”去除所希望层的研磨剂。合适的研磨剂的实例包括下列：无机氧化物，具有氢氧化物涂层的无机氧化物，金属硼化物，金属碳化物，金属氮化物，或包含前述研磨剂中至少一种的组合。适合的无机氧化物包括，例如二氧化硅(SiO2)，包覆有水合氧化铝的二氧化硅颗粒，包覆有二氧化硅的不同不等轴度(anisometry)的椭球形颗粒，包覆有氢氧化铈颗粒的二氧化硅颗粒，氧化铝(Al2O3)，氧化钛(TiO2)，氧化锆(ZrO2)，氧化铈(CeO2)，氧化锰(MnO2)，和包含前述无机氧化物中至少一种的组合。
已发现氧化铝颗粒会形成硅酸铝。硅酸铝是一种可与氧化硅表面缔合的两性物质。因此一旦形成，该硅酸铝趋向于停留在氧化硅的表面并对其进行保护。可以利用许多形式的氧化铝，例如α-氧化铝，γ-氧化铝，δ-氧化铝，和无定形(非晶态)氧化铝。适合的氧化铝的实例是勃姆石(AlO(OH))。如果需要也可以利用这些无机氧化物的改良形式例如聚合物包覆的无机氧化物颗粒。适合的金属碳化物，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，碳化钨，碳化锆，硼化铝，碳化钽，碳化钛，或包含前述金属碳化物，硼化物，氮化物中至少一种的混合物。如果需要也可以使用金刚石作为研磨剂。可选的研磨剂还包括聚合物颗粒和包覆聚合物颗粒。优选的研磨剂是胶态二氧化硅。
优选地，本组合物和方法可提供优异的受控铜抛光。具体地，本发明的水性组合物适用于“调节”铜的去除速率以满足期望的应用。也就是说，可以利用本组合物来加速从半导体晶片上去除铜同时最大程度上减小腐蚀问题。该组合物利用已知的铜抑制剂，咪唑，出乎意料地加速了铜的去除。特别地，利用抑制剂的组合或相互作用(例如咪唑和BTA)来加速铜的去除。据认为咪唑与BTA“竞争”铜，提供了铜去除速率的净增加或提高，而不是减小该去除速率。
在包含余量水的溶液中该咪唑化合物可以在宽的pH范围上提供效力。该溶液的有用pH范围是至少2至13。另外，该溶液优选依靠余量的去离子水来限制附带的杂质。本发明的抛光流体的pH优选为7至12，更优选7.5至10的pH。用来调节本发明浆料的pH的碱可以是包含铵离子的碱，例如氢氧化铵，包含烷基取代铵离子的碱，包含碱金属离子的碱，包含碱土金属离子的碱，包含IIIB族金属离子的碱，包含IVB族金属离子的碱，包含VB族金属离子的碱和包含过渡金属离子的盐。设定的碱性范围的pH不但用于去除阻挡层表面，而且有助于本发明的浆料保持稳定。对于该抛光浆料，可以通过已知技术对pH进行调节。例如，可以向其中分散有二氧化硅研磨剂和溶解有有机酸的浆料中直接加入碱。或者，可以将待加入碱的一部分或全部以有机碱性盐的形式加入。可以使用的碱的实例包括碱金属的氢氧化物例如氢氧化钾，碱金属的碳酸盐例如碳酸钾，氨和胺。
可选地，该溶液可包含0至10wt％的氧化剂。该可选地氧化剂优选在0.01至5wt％的范围之内。该氧化剂可以是许多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(magnesium perphthalate)，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)盐，Mn(IV)盐和Mn(VI)盐，银盐，铜盐，铬盐，钴盐，卤素，次氯酸盐和它们的混合物。此外，通常优选使用氧化剂化合物的混合物。当该抛光浆料包含不稳定氧化剂例如过氧化氢时，通常最优选在使用时将该氧化剂混入该浆料。
可选地，该新型抛光组合物可包含约0至10wt％的热塑性聚合物。该组合物优选包含约0.05至2wt％的热塑性聚合物。此外，该热塑性聚合物具有1,000至1,000,000克/摩尔的重均分子量，如通过凝胶渗透色谱(GPC)所测。在一个实施方案中，该热塑性聚合物具有3,000至500,000克/摩尔的重均分子量。在另一个实施方案中，该热塑性聚合物具有5,000至100,000克/摩尔的重均分子量。在又一个实施方案中，该热塑性聚合物具有10,000至30,000克/摩尔的重均分子量。
可以在该抛光组合物中使用的典型热塑性聚合物是低聚物，聚合物，离子交联聚合物，树枝状聚合物，共聚物例如嵌段共聚物，接枝共聚物，星型嵌段共聚物，无规共聚物等，或包含前述聚合物中至少一种的组合。可在该抛光组合物中使用的适合的热塑性聚合物的实例是聚缩醛，聚丙烯酸，聚碳酸酯，聚苯乙烯，聚酯，聚酰胺，聚酰胺酰亚胺，多芳基化合物，聚芳基砜，聚醚砜，聚苯硫醚，聚砜，聚酰亚胺，聚醚酰亚胺，聚四氟乙烯，聚醚酮，聚醚醚酮，聚醚酮酮，聚苯并噁唑，聚噁二唑，聚苯并噻嗪并吩噻嗪，聚苯并噻唑，聚吡嗪并喹喔啉，聚均苯四甲酰亚胺，聚喹喔啉，聚苯并咪唑，聚羟吲哚，聚氧代异吲哚啉(polyoxoisoindoline)，聚二氧代异吲哚啉，聚三嗪，聚哒嗪，聚哌嗪，聚吡啶，聚哌啶，聚三唑，聚吡唑，聚碳硼烷，聚氧杂二环壬烷(polyoxabicyclononane)，聚二苯并呋喃，聚苯并呋喃酮(polyphthalides)，聚缩醛，聚酸酐，聚乙烯醚，聚乙烯硫醚，聚乙烯醇，聚乙烯酮，聚卤乙烯，聚乙烯腈，聚乙烯酯，聚磺酸酯，聚硫化物，聚硫酯，聚砜，聚砜酰胺，聚脲，聚磷腈，聚硅氮烷等，或包含前述热塑性聚合物中至少一种的组合。优选的热塑性聚合物是聚乙烯醇。聚乙烯醇热塑性聚合物的典型重均分子量是约13,000至约23,000克/摩尔。
另外，也可以使用热塑性聚合物的共混物。热塑性聚合物共混物的实例包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/尼龙，聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/聚氯乙烯，聚苯醚/聚苯乙烯，聚苯醚/尼龙，聚砜/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，聚碳酸酯/热塑性聚氨酯，聚碳酸酯/聚对苯二甲酸乙二酯，聚碳酸醇酯/聚对苯二甲酸丁二醇酯，热塑性弹性体合金，尼龙/弹性体，聚酯/弹性体，聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚对苯二甲酸丁二醇酯，缩醛/弹性体，苯乙烯-顺丁烯二酸酐/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，聚醚醚酮/聚醚砜，聚乙烯/尼龙，聚乙烯/聚缩醛等，和包含前述热塑性聚合物共混物中至少一种的组合。
作为该热塑性聚合物的一个选择，该新型抛光组合物可以包含约0至10wt％的聚乙烯吡咯烷酮。在一个实施方案中，该聚乙烯吡咯烷酮的存在量是约0.01至约5wt％。在另一个实施方案中，该聚乙烯吡咯烷酮的存在量是约0.1至约2wt％。聚乙烯吡咯烷酮的重均分子量是100至1,000,000克/摩尔，如通过GPC所测。在一个实施方案中，该聚乙烯吡咯烷酮具有500至500,000克/摩尔的重均分子量。在另一个实施方案中，该聚乙烯吡咯烷酮具有1,000至250,000克/摩尔的重均分子量。在又一个实施方案中，该聚乙烯吡咯烷酮具有5,000至100,000克/摩尔的重均分子量。该聚乙烯吡咯烷酮聚合物的典型重均分子量是约8,000至约12,000克/摩尔，且最优选10,000克/摩尔的重均分子量。
可选地，可以利用聚乙烯吡咯烷酮和热塑性聚合物的混合物，而不是单独使用聚乙烯吡咯烷酮或热塑性聚合物。优选地，希望以1∶10至100∶1的重量比分别利用该聚乙烯吡咯烷酮和热塑性聚合物。在一个实施方案中，希望以1∶5至50∶1的重量比分别利用该聚乙烯吡咯烷酮和热塑性聚合物。在另一个实施方案中，希望以1∶5至60∶1的重量比分别利用该聚乙烯吡咯烷酮和热塑性聚合物。在又一个实施方案中，希望以1∶3至10∶1的重量比分别利用该聚乙烯吡咯烷酮和热塑性聚合物。优选的混合物包含聚乙烯吡咯烷酮，和聚乙烯醇。
虽然本发明的抛光流体对去除铜特别有效，但是本发明也适用于包含导电金属例如铝，钨，铂，钯，金或铱；阻挡层或衬膜(liner film)，例如钽，氮化钽，钛，或氮化钛；和下层的电介质层的任何半导体衬底。对本说明书而言，术语电介质是指介电常数为k的半导电材料，该材料包括低k和超低k电介质材料。本方法可去除铜同时对常规电介质和低k电介质材料以及钽阻挡层材料影响很小。该溶液和方法可以极好的防止多晶片组分的侵蚀，例如多孔和无孔低-k电介质，有机和无机低-k电介质，有机硅酸盐玻璃(OSG)，氟硅酸盐玻璃(FSG)，碳掺杂氧化物(CDO)，原硅酸四乙酯(TEOS)和衍生自TEOS的氧化硅。
该抛光溶液还可以包含均平剂例如氯化铵以便控制互连金属的表面光洁度。除此之外，该溶液可选包含杀菌剂以限制生物污染。例如，水中的KordekMLX杀菌剂2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮(Rohm and Haas Company)对于许多应用提供了有效的杀菌剂。典型以供应商所规定的浓度使用该杀菌剂。
该组合物和方法提供了优异的受控铜抛光。特别地，本发明的铜去除剂适合于“调节”铜的去除速率以便满足期望的用途。也就是说，可以利用本组合物来加速从半导体晶片上去除铜。该组合物利用已知的铜抑制剂出乎意料地加速了铜的去除。
                       实施例
在实施例中，数字代表本发明的实施例而字母代表对照实施例。所有的实施例溶液均含有0.005wt％的水中的KordekMLX杀菌剂2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮和0.01wt％的氯化铵光亮剂。另外，所有的实施例溶液均包含0.3wt％的柠檬酸，0.2wt％的聚乙烯吡咯烷酮和0.8wt％的过氧化氢。
                        实施例1
本试验对从半导体晶片上去除氮化钽阻挡层，碳掺杂氧化物电介质层和铜的速率进行测定。具体地，本试验测定第二步抛光操作中咪唑的添加对于铜去除速率的影响，其与BTA浓度相关。利用Strausbaugh抛光机使用Politex聚氨酯抛光垫(Rodel，Inc.)在约1.5psi的下压力条件和200cc/min的抛光液流速，93RPM的工作台转速和87RPM的托架转速下对试样进行平坦化。使用KOH和HNO3将抛光液的pH调节至9。所有的溶液均包含去离子水。另外，抛光液包含12wt％平均颗粒尺寸为50nm的二氧化硅研磨剂。
表1
第二步抛光结果
试验  咪唑(wt％)  BTA(wt％)  Cu(/min)  CDO(/min)  TaN(/min) 咪唑/BTA比
 A  -  0.05  192  205  884  -
 1  0.10  0.02  199  196  893  5
 2  0.50  0.02  495  182  912  25
 3  1.00  0.02  669  177  979  50
 4  0.10  0.05  167  191  928  2
 5  0.50  0.05  233  213  939  10
 6  1.00  0.05  333  219  972  20
 7  0.10  0.035  201  174  848  3
 8  0.50  0.035  327  217  867  14
 9  1.00  0.035  424  220  918  29
如表1所示，向浆料中添加咪唑通常会提高铜的去除速率。具体地，当咪唑与BTA的重量百分比的比值至少为3比1时加速了铜的去除速率。在试验1-3中，当将咪唑的重量百分比从0.10增加到1.00且BTA保持在0.02wt％不变时，铜的抛光速率从199/min提高到669/min。类似地，在试验4-6中，当将咪唑的重量百分比从0.10增加到1.00且BTA保持在0.05wt％不变时，铜的抛光速率从167/min提高到333/min。此外，在试验7-9中，当将咪唑的重量百分比从0.10增加到1.00且BTA保持在0.035wt％不变时，铜的抛光速率从201/min提高到424/min。当咪唑与BTA重量百分比的比值为2比1时没有提高铜的抛光速率。通过添加咪唑，碳掺杂氧化物和氮化钽的抛光速率相对未受影响。
                      实施例2
在这个试验中，用静态电化学电池测定添加咪唑后铜的静态腐蚀速率。所有的实施例溶液均与上述实施例1相同。由测试试样的计算的平均Ecorr/Icorr值测定该浆料的静态腐蚀速率(/min)。
表2
   试验     咪唑(wt％)   平均Ecorr(mV)   平均Icorr(μA/cm2)     静态腐蚀(/min)
    A     0     231     1.63     0.36
    1     0.1     240     1.87     0.41
    2     0.8     250     2.81     0.62
如上述表2所示，当咪唑的浓度增加时，铜的静态腐蚀速率提高。具体地，当向含0wt％咪唑的测试试样A中加入0.gwt％的咪唑时静态腐蚀速率从0.36/min提高到0.62/min。另外，该静态腐蚀速率在许可速率之内从而可以避免腐蚀问题。

Claims (10)

1.用于抛光半导体晶片上的铜的水性组合物，该组合物包含0.001至6wt％的非铁金属抑制剂，0.05至10wt％该金属的配位剂，0.01至25wt％用于加速铜的去除的铜去除剂，0.5至40wt％的研磨剂，和0至10wt％选自聚乙烯吡咯烷酮，热塑性聚合物和它们的混合物的化合物，其中该铜去除剂是咪唑。
2.权利要求1的组合物，其中该咪唑是选自下式的化合物：
Figure A2004101046770002C1
其中，R1和R2选自氢原子，可选含有取代基的烷基，可选含有取代基的不饱和烃基，可选含有取代基的环烷基，可选含有取代基的芳烷基，可选含有取代基的芳烯基，可选含有取代基的芳基-环烃基，可选含有取代基的芳基，可选含有取代基的杂环残基和可选含有取代基的烷氧羰基和它们的组合。
3.权利要求1的组合物，其中该咪唑与该抑制剂的重量百分比的比值是至少3比1。
4.权利要求1的组合物，其中该咪唑的重量百分比是0.01至5。
5.权利要求1的组合物，其中该抑制剂是苯并三唑。
6.权利要求1的组合物，其中该热塑性聚合物是聚乙烯醇。
7.权利要求1的组合物，其中该水性组合物具有7.5至10的pH。
8.用于抛光半导体晶片上的铜的水性组合物，该组合物包含0.001至6wt％的苯并三唑以抑制铜的腐蚀，0.05至10wt％的铜配位剂，0.01至25wt％用于加速铜的抛光的咪唑，0.5至40wt％的研磨剂，0至10wt％的氧化剂和0至10wt％选自聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯醇和它们的混合物的化合物和余量的水，其中咪唑与苯并三唑的重量百分比的比值是至少3比1。
9.用于从半导体晶片上抛光铜的方法，该方法包括：
使晶片与抛光组合物接触，该晶片包含铜，该抛光组合物包含0.001至6wt％的非铁金属抑制剂，0.05至10wt％该金属的配位剂，0.01至25wt％的咪唑，0.5至40wt％的研磨剂，0至10wt％的氧化剂和0至10wt％选自聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯醇和它们的混合物的化合物和余量的水；和
用抛光垫抛光该晶片，其中咪唑可以加速铜的抛光。
10.权利要求9的方法，其中该咪唑是选自下式的化合物：
其中，R1和R2选自氢原子，可选含有取代基的烷基，可选含有取代基的不饱和烃基，可选含有取代基的环烷基，可选含有取代基的芳烷基，可选含有取代基的芳烯基，可选含有取代基的芳基-环烃基，可选含有取代基的芳基，可选含有取代基的杂环残基和可选含有取代基的烷氧羰基和它们的组合。
CNA2004101046776A 2003-12-19 2004-12-17 用于铜的受控抛光的组合物和方法 Pending CN1644640A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/741,370 US20050136670A1 (en) 2003-12-19 2003-12-19 Compositions and methods for controlled polishing of copper
US10/741,370 2003-12-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN1644640A true CN1644640A (zh) 2005-07-27

Family

ID=34678132

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA2004101046776A Pending CN1644640A (zh) 2003-12-19 2004-12-17 用于铜的受控抛光的组合物和方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20050136670A1 (zh)
JP (1) JP2005217395A (zh)
KR (1) KR20050062429A (zh)
CN (1) CN1644640A (zh)
TW (1) TW200526770A (zh)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101747842A (zh) * 2008-12-19 2010-06-23 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光液
CN101747844A (zh) * 2008-12-19 2010-06-23 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光液及其应用
WO2010069149A1 (zh) * 2008-12-19 2010-06-24 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光液
WO2011069345A1 (zh) * 2009-12-11 2011-06-16 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光浆料及其应用
WO2011072492A1 (zh) * 2009-12-18 2011-06-23 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光液
WO2011072491A1 (zh) * 2009-12-18 2011-06-23 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光液
WO2012009967A1 (zh) * 2010-07-23 2012-01-26 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光液
CN101302405B (zh) * 2007-05-08 2012-02-01 罗门哈斯电子材料Cmp控股股份有限公司 碱性阻挡层抛光浆液
CN101666984B (zh) * 2008-09-05 2012-08-22 安集微电子科技(上海)有限公司 一种等离子刻蚀残留物清洗液
TWI410480B (zh) * 2006-10-06 2013-10-01 Jsr Corp Chemical mechanical grinding of water dispersions and semiconductor devices of chemical mechanical grinding method
CN103865402A (zh) * 2012-12-17 2014-06-18 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光液
CN104745089A (zh) * 2013-12-25 2015-07-01 安集微电子（上海）有限公司 一种用于阻挡层平坦化的化学机械抛光液及其使用方法
CN115746711A (zh) * 2022-11-08 2023-03-07 东莞领航电子新材料有限公司 一种铝合金镜面抛光液以及抛光方法

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4814502B2 (ja) * 2004-09-09 2011-11-16 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物及びそれを用いた研磨方法
US7433796B2 (en) * 2004-11-16 2008-10-07 The Boeing Company Methods, systems, and formats for data, such as data used in laser projection of fasteners used in manufacturing
JP4776269B2 (ja) * 2005-04-28 2011-09-21 株式会社東芝 金属膜ｃｍｐ用スラリー、および半導体装置の製造方法
JP4684786B2 (ja) * 2005-07-27 2011-05-18 キヤノン株式会社 情報処理装置及び情報処理方法並びにプログラム
TW200714697A (en) * 2005-08-24 2007-04-16 Jsr Corp Aqueous dispersion for chemical mechanical polish, kit for formulating the aqueous dispersion, chemical mechanical polishing method and method for producing semiconductor device
JP5026710B2 (ja) * 2005-09-02 2012-09-19 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物
JP2007073548A (ja) * 2005-09-02 2007-03-22 Fujimi Inc 研磨方法
TWI385226B (zh) * 2005-09-08 2013-02-11 羅門哈斯電子材料Ｃｍｐ控股公司 用於移除聚合物阻障之研磨漿液
US8353740B2 (en) * 2005-09-09 2013-01-15 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Conductive hydrocarbon fluid
US7708904B2 (en) * 2005-09-09 2010-05-04 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Conductive hydrocarbon fluid
JP2007088379A (ja) * 2005-09-26 2007-04-05 Fujifilm Corp 水系研磨液、及び、化学機械的研磨方法
US20070117497A1 (en) * 2005-11-22 2007-05-24 Cabot Microelectronics Corporation Friction reducing aid for CMP
WO2007116770A1 (ja) * 2006-04-03 2007-10-18 Jsr Corporation 化学機械研磨用水系分散体および化学機械研磨方法、ならびに化学機械研磨用水系分散体を調製するためのキット
JP5204960B2 (ja) * 2006-08-24 2013-06-05 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物及び研磨方法
JP2008091573A (ja) * 2006-09-29 2008-04-17 Fujifilm Corp 研磨用組成物及び研磨方法
TW200916564A (en) * 2007-01-31 2009-04-16 Advanced Tech Materials Stabilization of polymer-silica dispersions for chemical mechanical polishing slurry applications
JP2009004727A (ja) * 2007-05-23 2009-01-08 Hitachi Chem Co Ltd 半導体絶縁膜用ｃｍｐ研磨剤及び基板の研磨方法
JP2009123880A (ja) * 2007-11-14 2009-06-04 Showa Denko Kk 研磨組成物
JP5344136B2 (ja) * 2008-11-11 2013-11-20 Ｊｓｒ株式会社 化学機械研磨用水系分散体、および該分散体の調製方法、ならびに半導体装置の化学機械研磨方法
US8367594B2 (en) * 2009-06-24 2013-02-05 Lam Research Corporation Damage free, high-efficiency, particle removal cleaner comprising polyvinyl alcohol particles
TWI593791B (zh) * 2011-01-25 2017-08-01 日立化成股份有限公司 Ｃｍｐ研磨液及其製造方法、複合粒子的製造方法以及基體的研磨方法
JP5741864B2 (ja) * 2012-12-25 2015-07-01 日立化成株式会社 研磨組成物
WO2016102279A1 (en) * 2014-12-22 2016-06-30 Basf Se Use of a chemical mechanical polishing (cmp) composition for polishing of cobalt and / or co-balt alloy comprising substrates

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US106897A (en) * 1870-08-30 Improved knife and pork-cleaner
US6217416B1 (en) * 1998-06-26 2001-04-17 Cabot Microelectronics Corporation Chemical mechanical polishing slurry useful for copper/tantalum substrates
US6162728A (en) * 1998-12-18 2000-12-19 Texas Instruments Incorporated Method to optimize copper chemical-mechanical polishing in a copper damascene interconnect process for integrated circuit applications
US6872329B2 (en) * 2000-07-28 2005-03-29 Applied Materials, Inc. Chemical mechanical polishing composition and process
US6551935B1 (en) * 2000-08-31 2003-04-22 Micron Technology, Inc. Slurry for use in polishing semiconductor device conductive structures that include copper and tungsten and polishing methods
US6936541B2 (en) * 2000-09-20 2005-08-30 Rohn And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Method for planarizing metal interconnects
US6605537B2 (en) * 2000-10-27 2003-08-12 Rodel Holdings, Inc. Polishing of metal substrates
JP3768402B2 (ja) * 2000-11-24 2006-04-19 Ｎｅｃエレクトロニクス株式会社 化学的機械的研磨用スラリー
US20030052308A1 (en) * 2001-09-19 2003-03-20 Shao-Chung Hu Slurry composition of chemical mechanical polishing
US7491252B2 (en) * 2002-03-25 2009-02-17 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Tantalum barrier removal solution
US20040092102A1 (en) * 2002-11-12 2004-05-13 Sachem, Inc. Chemical mechanical polishing composition and method
US7300602B2 (en) * 2003-01-23 2007-11-27 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Selective barrier metal polishing solution
US6916742B2 (en) * 2003-02-27 2005-07-12 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Modular barrier removal polishing slurry
US7300603B2 (en) * 2003-08-05 2007-11-27 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Chemical mechanical planarization compositions for reducing erosion in semiconductor wafers
US20050056810A1 (en) * 2003-09-17 2005-03-17 Jinru Bian Polishing composition for semiconductor wafers
US7300480B2 (en) * 2003-09-25 2007-11-27 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. High-rate barrier polishing composition

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI410480B (zh) * 2006-10-06 2013-10-01 Jsr Corp Chemical mechanical grinding of water dispersions and semiconductor devices of chemical mechanical grinding method
CN101302405B (zh) * 2007-05-08 2012-02-01 罗门哈斯电子材料Cmp控股股份有限公司 碱性阻挡层抛光浆液
CN101666984B (zh) * 2008-09-05 2012-08-22 安集微电子科技(上海)有限公司 一种等离子刻蚀残留物清洗液
CN101747844A (zh) * 2008-12-19 2010-06-23 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光液及其应用
WO2010069149A1 (zh) * 2008-12-19 2010-06-24 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光液
CN101747842A (zh) * 2008-12-19 2010-06-23 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光液
CN101747842B (zh) * 2008-12-19 2014-12-31 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光液
CN101747844B (zh) * 2008-12-19 2014-04-16 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光液及其应用
WO2011060616A1 (zh) * 2009-11-20 2011-05-26 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光液及其应用
WO2011069345A1 (zh) * 2009-12-11 2011-06-16 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光浆料及其应用
WO2011072491A1 (zh) * 2009-12-18 2011-06-23 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光液
WO2011072492A1 (zh) * 2009-12-18 2011-06-23 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光液
WO2012009967A1 (zh) * 2010-07-23 2012-01-26 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光液
CN103865402A (zh) * 2012-12-17 2014-06-18 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光液
CN104745089A (zh) * 2013-12-25 2015-07-01 安集微电子（上海）有限公司 一种用于阻挡层平坦化的化学机械抛光液及其使用方法
CN115746711A (zh) * 2022-11-08 2023-03-07 东莞领航电子新材料有限公司 一种铝合金镜面抛光液以及抛光方法

Also Published As

Publication number Publication date
TW200526770A (en) 2005-08-16
US20050136670A1 (en) 2005-06-23
KR20050062429A (ko) 2005-06-23
JP2005217395A (ja) 2005-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1644640A (zh) 用于铜的受控抛光的组合物和方法
CN1324105C (zh) 用于化学机械平坦化的多步抛光液
CN100341966C (zh) 用于半导体晶片的抛光组合物
US7767581B2 (en) Barrier polishing fluid
KR101107638B1 (ko) 화학적 기계적 연마용 선택적 슬러리
EP2196509B1 (en) Chemical Mechanical Polishing Composition for polishing substrates containing a low-k dielectric material and Methods Relating Thereto
CN1317742C (zh) 降低半导体晶片磨蚀的化学机械磨平组合物
JP4937536B2 (ja) ケミカルメカニカルポリッシング組成物及びそれに関連する方法
CN1629238A (zh) 用于抛光铜的组合物和方法
CN101016440A (zh) 多组分阻挡层抛光液
CN1753962A (zh) 可调控的去除阻隔物的抛光浆料
US7384871B2 (en) Chemical mechanical polishing compositions and methods relating thereto
CN1643660A (zh) 钽阻挡层去除溶液
CN1699444A (zh) 用于控制半导体晶片中金属互连去除速率的抛光组合物
US9633865B2 (en) Low-stain polishing composition
EP2093789A2 (en) Polishing copper-containing patterned wafers
US20070298611A1 (en) Selective barrier slurry for chemical mechanical polishing
US7497967B2 (en) Compositions and methods for polishing copper
KR101095615B1 (ko) Ｃｍｐ 슬러리
KR100970094B1 (ko) 구리 배선 연마용 ｃｍｐ 슬러리 조성물 및 이를 이용한연마 방법
KR100445757B1 (ko) 금속배선 연마용 슬러리 조성물
KR20070062629A (ko) 세륨계 연마제를 포함하는 금속 배선용 화학기계적 연마조성물

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication