專利名稱：穩定的、可濃縮的化學機械拋光組合物及其涉及的方法
技術領域：
本發明涉及化學機械拋光領域。具體來說，本發明涉及一種穩定可濃縮的化學機械拋光組合物；一種化學機械拋光組合物的制備方法以及一種對半導體材料進行化學機械拋光的方法，更具體地說，涉及對半導體晶片上的互連金屬進行化學機械拋光的方法。
背景技術：
典型地，半導體晶片是具有包括多個溝槽的介電層的硅晶片，這些溝槽設置在介電層內形成電路互連圖案。這些圖案排列通常具有波紋結構或雙重波紋結構。阻擋層覆蓋在圖案化的介電層之上，金屬層則覆蓋在阻擋層之上。金屬層的厚度至少足以填充圖案化 的溝槽，從而與金屬形成電路互連。化學機械拋光方法通常包括多個拋光步驟。例如，第一步以較高初始速率去除過量的互連金屬，例如銅。第一步去除步驟之后，通過第二步拋光步驟去除殘留在阻擋層上金屬互連以外的金屬。隨后的拋光步驟則從半導體晶片下面的介電層上去除阻擋層，從而在介電層和金屬互連上形成平坦的拋光表面。半導體基片上溝槽或凹槽中的金屬提供形成金屬電路的金屬線。一個需要解決的難題是，拋光操作通常容易從各個溝槽或凹槽去除金屬，導致這些金屬產生凹陷。凹陷是不希望出現的，它會導致金屬電路臨界尺寸發生變化。為了減少凹陷現象，拋光在較低的拋光壓力下進行。然而，如果僅僅降低拋光壓力，拋光過程將會持續更長時間。而且，在整個延長的拋光過程中會持續產生凹陷。為了提高特殊顧客需求的可調節性和改善后勤方面的性質(例如，降低運輸成本，減小體積吞吐量)，經常需要提供濃縮液形式的化學機械拋光配制液。用于去除過量互連金屬的傳統化學機械拋光配方制劑通常混有唑類抑制劑。當以較高濃度混入時，這些唑類抑制劑往往容易聚集并且從溶液中沉淀出來。科美奧(Comeau)等公開了在加入拋光配制液之前將BTA進行過濾的方法。具體來說，科美奧等公開了一種用于形成拋光漿液的溶液，該溶液可以包括溶解在離子型表面活性劑例如烷基硫酸鈉溶液以及或許是聚丙烯酸(PAA)溶液中的IH-苯并三唑(BTA)。溶液可以在過濾后用于拋光漿液。在漿液不添加外來組分或者不增加安全風險情況下，這種溶解BTA的方法導致拋光漿液中BTA濃度提高。另外，由于溶液非常穩定(例如，可以冷凍和解凍)，與傳統方法相比體積更小，因此更容易運輸。而且，通過去除掉可以導致擦痕的顆粒，拋光楽·液的性能大幅提聞。科美奧等公開的上述溶液可以作為一種組分用于制備化學機械拋光配制液。然而，用來對半導體晶片進行拋光的傳統化學機械拋光配制液還包含多種其它組分，從而使得配制液具有期望的拋光性質。這些其它組分也會在濃度方面影響最終配制液的穩定性。例如，王(Wang)在美國專利7，086，935號描述了在制備圖案化的晶片時使用了一種無磨料的銅配制液，含有甲基纖維素，丙烯酸/甲基丙烯酸共聚物，苯并三唑(BTA)和可混溶的溶劑。該配制液能夠去除和清理干凈銅，并且產生很少銅凹陷，但是快速拋光時，在拋光墊和晶片上沉積上綠色的Cu-BTA化合物。這些沉積物需要對拋光墊進行后續拋光清理，防止這些膠狀沉積物導致拋光去除速率降低；另外需要對晶片后續拋光清理，避免產生缺陷。這些清理步驟需要性能較強并且昂貴的清理溶液，同時延遲的晶片產量產生相關的“擁有成本”。托馬斯(Thomas)在美國專利申請公開2009/0215266號中公開了一種改善的配制液，減輕了綠色沉積物危害。托馬斯等公開了一種使用拋光墊對含有銅互連金屬的圖案化的半導體晶片進行拋光的方法。該方法包括下列步驟a)提供拋光水溶液，拋光溶液含有苯并三唑(BTA)抑制劑以及銅絡合物和水；b)使用拋光水溶液和拋光墊對圖案化的晶片進行拋光，其中銅溶解形成Cu+1離子，Cu+1離子和BTA抑制劑濃度滿足下列條件，在水溶液不含有絡合物情況下[BTA]* [Cu+1] > Cu-BTA沉淀的Ksp ;以及c)氧化至少一部分銅離子，防止拋光溶液沉淀該Cu-BTA沉積物。同托馬斯等舉例說明的那些拋光配制液一樣，基于相關的環境和安全考慮，很多傳統的化學機械拋光配制液在拋光配制液制備和使用過程中均包括銨。 因此，需要一種化學機械拋光組合物和對含有金屬互連的圖案化半導體晶片進行化學機械拋光的方法，其中化學機械拋光組合物含有唑類抑制劑，并且以穩定的濃縮液形式存在；而且，優選是無銨的(即< O. 001重量％ )。

發明內容
本發明提供了一種用于含有互連金屬的半導體晶片化學機械拋光的化學機械拋光組合物，它包括作為初始成分的(或基本上由下列成分組成)水；唑類抑制劑；堿金屬有機表面活性劑；水溶助劑；含磷試劑；水溶性纖維素；任選的非糖類水溶性聚合物；任選的化學式I的水溶性酸化合物
權利要求
1.一種用于含有互連金屬的半導體晶片化學機械拋光的化學機械拋光組合物，所述組合物包含作為初始成分的 水； 唑類抑制劑； 堿金屬有機表面活性劑； 水溶助劑； 含磷試劑； 水溶性纖維素； 任選的非糖類水溶性聚合物； 任選的化學式I的水溶性酸化合物OH
2.根據權利要求I的化學機械拋光組合物，其中，所述化學機械拋光組合物含有< O. 001重量％的銨。
3.根據權利要求I的化學機械拋光組合物，其中，所述化學機械拋光組合物包括作為初始成分的 水； O. I至5重量％的唑類抑制劑； O. 05至I重量％的堿金屬有機表面活性劑； O. 05至5重量％的水溶助劑； O. I至5重量％的含磷試劑； O. I至5重量％的水溶性纖維素； O. 05至5重量％的非糖類水溶性聚合物； O. 05至5重量％的化學式I的水溶性酸化合物
4.根據權利要求3的化學機械拋光組合物，其中，所述化學機械拋光組合物含有<0. 001重量％的銨。
5.根據權利要求I的化學機械拋光組合物，其中，所述化學機械拋光組合物包括作為初始成分的 水； .0.1至5重量％的苯并三唑； .0.05至I重量％的辛烷磺酸鈉； . 0.I至I重量％選自甲苯磺酸鈉、二甲苯磺酸鈉及其混合物的水溶助劑；.0.I至5重量％選自磷酸三鉀、磷酸氫二鉀、磷酸二氫鉀及其混合物的含磷試劑；以及 .0.I至5重量％的羧甲基纖維素； .0.05至3重量％的甲基丙烯酸和丙烯酸的共聚物； .0.05至5重量％的亞氨基二乙酸； .0.I至5重量％的蘋果酸；以及， .0至25重量％的氧化劑。
6.根據權利要求5的化學機械拋光組合物，其中，所述化學機械拋光組合物含有<0. 001重量％銨。
7.一種制備權利要求I所述化學機械拋光組合物的方法，所述方法包括 提供水； 提供唑類抑制劑； 提供堿金屬有機表面活性劑； 提供水溶助劑； 提供含磷試劑； 提供水溶性纖維素； 可選地，提供任選的非糖類水溶性聚合物； 可選地，提供任選的化學式I的水溶性酸化合物
8.一種對基材進行化學機械拋光的方法，所述方法包括 提供基材，其中基材是具有銅互連的半導體晶片； 提供權利要求I所述的化學機械拋光組合物； 可選地，向化學機械拋光組合物加入氧化劑； 提供化學機械拋光墊； 施加0. 69至34. 5kPa的向下作用力，使化學機械拋光墊與基材之間界面處產生動態接觸；以及 在化學機械拋光墊與基材之間界面處或附近將化學機械拋光組合物分配到化學機械拋光墊上； 其中化學機械拋光組合物的pH通過加入磷酸，氫氧化鎂和氫氧化鋰中的至少一種調整至pH為2至6。
9.根據權利要求8的方法，其中提供的化學機械拋光組合物是濃縮的形式；以及其中所述方法進一步包括 將化學機械拋光組合物用水稀釋。
10.根據權利要求8的方法，其中提供的化學機械拋光組合物是8x濃縮液；以及其中所述方法進一步包括 將化學機械拋光組合物用水稀釋，從而稀釋后初始成分的含量為以下 ·0.2至0. 4重量％的苯并三唑； ·0.05至I重量％的辛烷磺酸鈉； ·0.45至I重量％選自甲苯磺酸鈉、二甲苯磺酸鈉及其混合物的水溶助劑；·0.5至2重量％選自磷酸三鉀、磷酸氫二鉀、磷酸二氫鉀及其混合物的含磷試劑； ·0.1至I重量％的羧甲基纖維素； ·0.05至I重量％的甲基丙烯酸和丙烯酸的共聚物；、0.4至2重量％的亞氨基二乙酸；以及， 、0.I至0. 5重量％的蘋果酸；以及向化學機械拋光組合物中加入氧化劑。
全文摘要
本發明提供了一種用于含有互連金屬的半導體晶片化學機械拋光的化學機械拋光組合物，它包含，作為初始成分的水；唑類抑制劑；堿金屬有機表面活性劑；水溶助劑；含磷試劑；水溶性纖維素；任選的非糖類水溶性聚合物；任選的化學式I的水溶性酸化合物，其中R選自氫和C1-5烷基，并且其中x是1或2；任選的絡合劑；任選的氧化劑；任選的有機溶劑；以及任選的磨料。另外，還提供了本發明化學機械拋光組合物的制備方法和對基材進行化學機械拋光的方法，包括提供基材，其中基材是具有銅互連的半導體晶片；提供本發明的化學機械拋光組合物；提供化學機械拋光墊；施加0.69至34.5kPa的向下作用力，使化學機械拋光墊與基材之間界面處產生動態接觸；以及在化學機械拋光墊與基材之間界面處或附近將化學機械拋光組合物分配到化學機械拋光墊上；其中化學機械拋光組合物的pH通過加入磷酸，氫氧化鎂和氫氧化鋰中的至少一種調整至pH為2至6。
文檔編號B24B37/00GK102702979SQ201210126850
公開日2012年10月3日 申請日期2012年3月2日 優先權日2011年3月3日
發明者C·J·塔克, F·凱勒, H·拉克奧特, J·K·哈里斯, J·萊蒂齊亞, T·H·卡蘭塔爾, X·李, 石進杰 申請人:羅門哈斯電子材料Cmp控股股份有限公司, 陶氏環球技術有限公司