專利名稱：用于拋光銅的組合物和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體晶片材料的化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)且更具體地，本發(fā)明涉及在存在電介質(zhì)和阻擋層材料的情況下用于從半導(dǎo)體晶片上拋光銅互連的CMP組合物和方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體晶片典型含有硅晶片和包含多個(gè)溝槽的電介質(zhì)層，該溝槽在電介質(zhì)層內(nèi)排列形成電路互連的圖案。這些圖案的排列通常具有金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)或雙重金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)。利用阻擋層覆蓋具有圖案的電介質(zhì)層并用金屬層覆蓋該阻擋層。該金屬層具有至少足夠的厚度以便使金屬填充該圖案溝槽從而形成電路互連。
CMP工藝通常包括多個(gè)拋光步驟。例如，第一步從下面的阻擋電介質(zhì)層上除去金屬層。這個(gè)第一步的拋光可去除金屬層，并在晶片上留下具有金屬填充的溝槽的光滑平坦表面，以提供與該拋光表面平齊的電路互連。第一步拋光能夠以初始的高速率去除過(guò)多的互連金屬例如銅。第一步去除之后，第二步拋光能夠除去殘留在該半導(dǎo)體晶片上的阻擋層。這個(gè)第二步拋光可以從半導(dǎo)體晶片下層的電介質(zhì)層上除去該阻擋層從而在該電介質(zhì)層上提供平坦的拋光表面。
遺憾的是，涉及聚氨酯拋光墊和其上包含金屬互連的半導(dǎo)體晶片的拋光區(qū)域上的高摩擦?xí)a(chǎn)生來(lái)自拋光區(qū)域的振動(dòng)。這種振動(dòng)會(huì)在整個(gè)第一步拋光循環(huán)中產(chǎn)生持續(xù)不斷的高音量黏滑(stick-slip)現(xiàn)象，這使得技術(shù)人員難于在附近工作。此外，該問(wèn)題可能會(huì)十分嚴(yán)重以致使晶片托架損壞，而托架的碎片可能會(huì)玷污拋光區(qū)域，從而在晶片表面上產(chǎn)生不需要的劃痕。
Tsuchiya等人(美國(guó)專利No.6,585,568)公開了用于拋光銅的漿料，該漿料通過(guò)以5比70的比例分別混入三唑化合物和苯并三唑化合物來(lái)減小振動(dòng)。然而，苯并三唑的加入會(huì)導(dǎo)致銅的拋光速率的降低，而且過(guò)量的苯并三唑會(huì)增加振動(dòng)的噪音。此外，一些生產(chǎn)商已經(jīng)修改了他們的拋光參數(shù)，例如減小外加的壓力。然而，這些修改通常會(huì)導(dǎo)致去除速率和生產(chǎn)率的降低。
因此，存在對(duì)能夠有效拋光銅互連且具有降低的噪音的改良拋光組合物和方法的需求。特別地，存在對(duì)能夠降低銅互連拋光期間的噪音，且不會(huì)對(duì)拋光速率產(chǎn)生不利影響的組合物和方法的需求。

發(fā)明內(nèi)容
第一方面，本發(fā)明提供了用于在半導(dǎo)體晶片上拋光銅的水性組合物，該組合物包含1至15wt％的氧化劑，0.1至1wt％的非鐵金屬抑制劑，0.05至3wt％該非鐵金屬的配位劑，0.01至5wt％的羧酸聚合物，0.01至5wt％的改性纖維素，0.0001至2wt％具有陽(yáng)離子和陰離子組分的鹽，和余量的水，該鹽可降低晶片和拋光墊之間的振動(dòng)產(chǎn)生的噪音水平。
第二方面，本發(fā)明提供了用于從半導(dǎo)體晶片上拋光銅的方法，該方法包括使晶片與拋光組合物接觸，該晶片包含銅，而該拋光組合物包含1至15wt％的氧化劑，0.1至1wt％的非鐵金屬抑制劑，0.05至3wt％該非鐵金屬的配位劑，0.01至5wt％的羧酸聚合物，0.01至5wt％的改性纖維素，0.0001至2wt％的鹽，和余量的水，和用拋光墊拋光該晶片，該鹽可降低晶片和拋光墊之間的振動(dòng)產(chǎn)生的噪音水平。
具體實(shí)施例方式
本組合物和方法對(duì)于降低銅互連拋光期間所產(chǎn)生振動(dòng)的噪音水平提供了意想不到的效果。本發(fā)明的組合物利用鹽或其混合物的加入，來(lái)有效降低在晶片上拋光銅互連的第一步拋光期間的振動(dòng)產(chǎn)生的噪音水平。此外，鹽的加入有利于減少晶片的剩余(residual)拋光時(shí)間。雖然本發(fā)明對(duì)拋光銅互連具有特別的效用，本發(fā)明的水性拋光組合物還可以對(duì)其它金屬互連提供增強(qiáng)的拋光，例如鋁，鎳，鐵，鋼，鈹，鋅，鈦，鉻等。
對(duì)本說(shuō)明書而言，“鹽”定義為由酸和堿的反應(yīng)產(chǎn)生的化合物，或者是金屬和酸在單獨(dú)的事先反應(yīng)或在最終待使用該鹽的混合物中原位反應(yīng)產(chǎn)生。因此該鹽包括陽(yáng)離子組分和陰離子組分。該陽(yáng)離子組分可以大體上是不能通過(guò)化學(xué)鍍沉積到待拋光金屬表面的任何離子化的元素。該鹽的優(yōu)選陽(yáng)離子組分是元素周期表(IUPAC公約)的IA，IIA，IIIA，IVA和IVB族的離子化元素，以及鋅，鈰，鐵(2+或3+)，銨，和胍的離子。通常，由于成本和污染的因素不贊同使用所示族中的重金屬。氧鋯基陽(yáng)離子ZrO2+是優(yōu)選陽(yáng)離子中的一種。該鹽的陰離子組分優(yōu)選包括氯，溴，碘，硝酸根，磷酸根，縮聚磷酸根，硫酸根，碳酸根和高氯酸根離子。
可以使用至少一種鹽配制優(yōu)選的水性拋光組合物，該鹽包括氯化鋁，硝酸氧鋯，硫酸氧鋯，硝酸鈰，硝酸鋁，溴化鋁，碘化鋁，氯化鋁，氯化氧鋯，氯化錫，高氯酸鋁，氯化鎂，氯化鋅，高氯酸鎂，氯化鐵，氯化鉀，硫酸鉀，硝酸胍，硫酸胍，碳酸胍，氯化銨，硝酸銨，磷酸銨等。
本發(fā)明的拋光組合物中的鹽組分優(yōu)選以能夠有效降低拋光區(qū)域中的噪音水平的量存在。該拋光組合物的水組分主要是用于使固體組分懸浮的懸浮劑和作為鹽組分的溶劑。如果需要，可以以濃縮形式制備該拋光組合物并通過(guò)添加水至需要的濃度來(lái)稀釋使用。據(jù)認(rèn)為，即使是存在于該拋光組合物中的痕量鹽也可以對(duì)拋光銅產(chǎn)生效果。通過(guò)使用該組合物的約0.0001至約2wt％的鹽可獲得滿意的噪音水平降低同時(shí)具有可接受的拋光效率。鹽組分的優(yōu)選范圍是該組合物的約0.001至約1wt％。最優(yōu)選地，該鹽組分是該組合物的約0.01wt％。
由于鹽通常會(huì)溶于所使用的水中，因此鹽的顆粒尺寸無(wú)關(guān)緊要。然而，希望鹽的顆粒尺寸足夠小以便快速溶于水中。此外，許多這些鹽優(yōu)選為水合形式以便防止與水接觸時(shí)的分解。鹽或鹽的組合與水混合時(shí)的溫度，向水中添加鹽或鹽的組合物的速率，和混合參數(shù)例如該鹽或鹽組合與水形成拋光組合物的混合速率，通常遵循該產(chǎn)業(yè)中的規(guī)定，且對(duì)于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員是眾所周知的。
此外，可以原位產(chǎn)生一種或多種該拋光組合物的鹽。可以向水性組合物中加入合適的酸和堿，例如可以使Mg(OH)2與HNO3化合形成Mg(NO3)2和水?；蛘撸梢酝ㄟ^(guò)添加金屬和酸原位形成該一種或多種鹽，例如粉狀鋅金屬與鹽酸形成ZnCl2。
該新型拋光組合物優(yōu)選包含約0.01至5wt％的羧酸聚合物。該組合物優(yōu)選包含約0.05至2wt％的羧酸聚合物。此外，該聚合物優(yōu)選具有約20,000至1,500,000的數(shù)均分子量。另外，可以使用較高數(shù)均分子量和較低數(shù)均分子量的羧酸聚合物的混合物。這些羧酸聚合物通常在溶液中，但也可以在水性分散體中。通過(guò)GPC(凝膠滲透色譜)測(cè)定前述聚合物的數(shù)均分子量。
由不飽和單羧酸和不飽和二羧酸形成該羧酸聚合物。典型的不飽和單羧酸單體包含3至6個(gè)碳原子，且包括丙烯酸，低聚丙烯酸，甲基丙烯酸，巴豆酸和乙烯基乙酸。典型的不飽和二羧酸包含4至8個(gè)碳原子，且包括它們的酸酐，其中例如順丁烯二酸，順丁烯二酸酐，反丁烯二酸，戊二酸，亞甲基丁二酸，亞甲基丁二酸酐，和環(huán)己烯二羧酸。此外，也可以使用前述酸的水溶性鹽。
特別有用的是具有約20,000至150,000的數(shù)均分子量的“聚(甲基)丙烯酸”，優(yōu)選25,000至75,000且更優(yōu)選25,000至40,000數(shù)均分子量的“聚(甲基)丙烯酸”。這里所使用的術(shù)語(yǔ)“聚(甲基)丙烯酸”是指丙烯酸的聚合物或者甲基丙烯酸的聚合物。特別優(yōu)選不同數(shù)均分子量的聚(甲基)丙烯酸的共混物。在這些聚(甲基)丙烯酸的共混物或混合物中，將較低數(shù)均分子量的聚(甲基)丙烯酸與較高數(shù)均分子量的聚(甲基)丙烯酸結(jié)合使用，該較低數(shù)均分子量的聚(甲基)丙烯酸具有20,000至100,000且優(yōu)選20,000至40,000的數(shù)均分子量，而該較高數(shù)均分子量的聚(甲基)丙烯酸具有150,000至1,500,000且優(yōu)選200,000至300,000的數(shù)均分子量。典型地，該較低數(shù)均分子量的聚(甲基)丙烯酸與較高數(shù)均分子量的聚(甲基)丙烯酸的重量百分比例約為10∶1至1∶10，優(yōu)選4∶1至1∶4，且更優(yōu)選2∶1至1∶2。優(yōu)選的共混物包含1∶1重量比的具有約30,000的數(shù)均分子量的聚丙烯酸和具有約250,000的數(shù)均分子量的聚丙烯酸。
另外，可以使用含羧酸的共聚物和三聚物，其中該羧酸組分占該聚合物的5-75wt％。這種聚合物的實(shí)例是(甲基)丙烯酸和丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺的聚合物；(甲基)丙烯酸和苯乙烯和其它乙烯基芳香單體的聚合物；(甲基)丙烯酸烷基酯(丙烯酸或甲基丙烯酸的酯)和單羧酸或二羧酸例如丙烯酸或甲基丙烯酸或亞甲基丁二酸的聚合物；取代乙烯基芳香單體和不飽和單羧酸或二羧酸和(甲基)丙烯酸烷基酯的聚合物，該取代乙烯基芳香單體包含例如鹵素即氯、氟、溴，硝基，氰基，烷氧基，鹵代烷基，羧基，氨基，氨基烷基的取代基；包含氮環(huán)的單烯鍵式不飽和單體例如乙烯吡啶，烷基乙烯吡啶，乙烯基丁內(nèi)酰胺，乙烯基己內(nèi)酰胺與不飽和單羧酸或二羧酸的聚合物；烯烴例如丙烯，異丁烯，或具有10至20個(gè)碳原子的長(zhǎng)鏈烷基烯烴與不飽和單羧酸或二羧酸的聚合物；乙烯醇酯如乙酸乙烯酯和硬脂酸乙烯酯或鹵乙烯如氟乙烯，氯乙烯，偏二氟乙烯，或乙烯基腈化物如丙烯腈和甲基丙烯腈與不飽和單羧酸或二羧酸的聚合物；在烷基中包含1-24個(gè)碳原子的(甲基)丙烯酸烷基酯與不飽和單羧酸例如丙烯酸或甲基丙烯酸的聚合物。這些只是可以用于本發(fā)明的新型拋光組合物的許多聚合物中的幾個(gè)實(shí)例。此外，還可以使用生物降解，光降解或通過(guò)其它方式降解的聚合物。這種可生物降解的組合物的實(shí)例是包含聚(丙烯酸酯-共-2-氰基丙烯酸甲酯)鏈段的聚丙烯酸聚合物。
該溶液優(yōu)選包含1至15wt％的氧化劑。該氧化劑更優(yōu)選在5至10wt％的范圍之內(nèi)。該氧化劑對(duì)于幫助該溶液去除在低pH范圍下可形成的氧化銅薄膜特別有效。該氧化劑可以是許多氧化性化合物中的至少一種，例如過(guò)氧化氫(H2O2)，單過(guò)硫酸鹽，碘酸鹽，過(guò)鄰苯二甲酸鎂，過(guò)乙酸和其它過(guò)酸，過(guò)硫酸鹽，溴酸鹽，高碘酸鹽，硝酸鹽，鐵鹽，鈰鹽，Mn(III)鹽，Mn(IV)鹽和Mn(VI)鹽，銀鹽，銅鹽，鉻鹽，鈷鹽，鹵素，次氯酸鹽和它們的混合物。此外，通常優(yōu)選使用氧化劑化合物的混合物。當(dāng)該拋光漿料包含不穩(wěn)定氧化劑例如過(guò)氧化氫時(shí)，通常最優(yōu)選在使用時(shí)將該氧化劑混入漿料。
此外，該溶液包含0.1至1.0wt％的抑制劑以便控制由靜態(tài)腐蝕或其它去除機(jī)制產(chǎn)生的銅互連去除的速率。調(diào)節(jié)抑制劑的濃度可通過(guò)保護(hù)金屬不受靜態(tài)腐蝕從而調(diào)節(jié)互連金屬的去除速率。該溶液優(yōu)選包含0.2至0.50wt％的抑制劑。該抑制劑可以由抑制劑的混合物組成。唑類抑制劑對(duì)銅和銀互連特別有效。典型的唑類抑制劑包括苯并三唑(BTA)，巰基苯并三唑(MBT)，甲苯基三唑和咪唑。對(duì)于銅和銀BTA是特別有效的抑制劑。
除抑制劑以外，該組合物優(yōu)選包含0.05至3wt％的非鐵金屬配位劑。該配位劑可通過(guò)溶解該非鐵金屬互連來(lái)阻止形成的金屬離子的沉淀。該組合物優(yōu)選包含0.1至1wt％的非鐵金屬配位劑。典型的配位劑包括乙酸，檸檬酸，乙酰乙酸乙酯，羥基乙酸，乳酸，蘋果酸，草酸，水揚(yáng)酸，二乙基二硫代氨基甲酸鈉，丁二酸，酒石酸，巰基乙酸，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-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，棓酸，葡萄糖酸，鄰苯二酚，連苯三酚，丹寧酸，并包括它們的鹽和混合物。優(yōu)選地，該配位劑選自乙酸，檸檬酸，乙酰乙酸乙酯，羥基乙酸，乳酸，蘋果酸，草酸和它們的混合物。最優(yōu)選地，該配位劑是蘋果酸。
此外，本發(fā)明的拋光組合物包含0.01至5.0wt％的改性纖維素。該組合物優(yōu)選包含0.1至3wt％的改性纖維素。改性纖維素(例如羧甲基纖維素)的加入對(duì)于該拋光組合物可提供意想不到的凹陷值減少作用。典型的改性纖維素是陰離子膠例如瓊脂膠，阿拉伯樹膠，茄替膠，刺梧桐膠，瓜爾豆膠，果膠，槐樹豆膠，黃芪膠，羅望籽果膠，角叉菜膠，和黃原膠；改性淀粉；可以通過(guò)提供孤對(duì)電子結(jié)合的改性含氮聚合物；包含磷酸根以便結(jié)合至(bind to)表面的聚合物；包含疏水改性基團(tuán)的聚合物，該疏水改性基團(tuán)能夠通過(guò)疏水性結(jié)合至表面；包含氫鍵形成基團(tuán)以便結(jié)合至表面的聚合物，以及它們的變體和組合。
該組合物和方法對(duì)于拋光銅互連期間的振動(dòng)產(chǎn)生的噪音水平提供了意想不到的降低作用。本發(fā)明的無(wú)研磨劑拋光組合物或流體利用鹽或其混合物的加入有效降低了對(duì)晶片上的銅互連進(jìn)行第一步拋光期間的振動(dòng)產(chǎn)生的噪音水平。此外，鹽的加入有利于減少該晶片的剩余拋光時(shí)間。該水性組合物包含氧化劑，抑制劑，配位劑，聚合物和鹽，以及余量的水。另外，相比傳統(tǒng)的拋光組合物，本發(fā)明組合物提供了晶片上銅電路凹陷的顯著減少。該新型拋光組合物可提供相當(dāng)平坦的表面，該表面沒(méi)有通常由拋光所產(chǎn)生的劃痕和其它缺陷。
在包含余量水的溶液中該化合物可以在寬的pH范圍上提供效力。該溶液的有用pH范圍從至少2到5。另外，該溶液優(yōu)選依靠余量的去離子水來(lái)限制附帶的雜質(zhì)。本發(fā)明的拋光流體的pH優(yōu)選為2.8至4.2，更優(yōu)選為2.6至3.8。用來(lái)調(diào)節(jié)本發(fā)明組合物pH的酸是例如硝酸，硫酸，鹽酸，磷酸等。用來(lái)調(diào)節(jié)本發(fā)明組合物pH的典型堿是例如氫氧化銨和氫氧化鉀。
此外，該拋光組合物可選包含0至3wt％的研磨劑以便促進(jìn)金屬層的去除。在這個(gè)范圍之內(nèi)，希望使研磨劑的存在數(shù)量大于或等于0.01wt％。此外，在這個(gè)范圍內(nèi)希望該數(shù)量小于或等于1wt％。
該研磨劑具有小于或等于50納米(nm)的平均顆粒尺寸，以便防止過(guò)度的金屬凹陷和電介質(zhì)侵蝕。對(duì)于本說(shuō)明書而言，顆粒尺寸是指該研磨劑的平均顆粒尺寸。更優(yōu)選地，希望使用具有小于或等于40nm的平均顆粒尺寸的膠態(tài)研磨劑。此外，當(dāng)使用具有小于或等于30nm平均顆粒尺寸的膠態(tài)二氧化硅時(shí)產(chǎn)生了最小程度的電介質(zhì)的侵蝕和金屬凹陷。將該膠態(tài)研磨劑的尺寸減小到小于或等于30nm時(shí)，趨向于提高該拋光組合物的選擇性；但其同時(shí)趨向于降低去除速率。此外，優(yōu)選的膠態(tài)研磨劑可以包含添加劑，例如分散劑，表面活性劑和緩沖劑，以便提高該膠態(tài)研磨劑的穩(wěn)定性。一種這樣的膠態(tài)研磨劑是法國(guó)ClariantS.A.，Puteaux生產(chǎn)的膠態(tài)二氧化硅。此外，可以使用其它研磨劑，其中包括氣相法，沉淀，團(tuán)聚等的研磨劑。
該拋光組合物可以包含用于“機(jī)械”去除金屬互連層的研磨劑。典型的研磨劑包括無(wú)機(jī)氧化物，無(wú)機(jī)氫氧化物，金屬硼化物，金屬碳化物，金屬氮化物，聚合物顆粒和包含前述研磨劑中至少一種的混合物。適合的無(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)，氧化錳(MnO2)，或包含前述氧化物中至少一種的組合。如果需要也可以使用這些無(wú)機(jī)氧化物的改良形式，例如聚合物包覆無(wú)機(jī)氧化物顆粒和無(wú)機(jī)包覆顆粒。適合的金屬碳化物，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，或包含前述金屬碳化物，硼化物，氮化物中至少一種的組合。如果需要也可以使用金剛石作為研磨劑?？蛇x的研磨劑還包括聚合物顆粒和包覆的聚合物顆粒。如果使用，優(yōu)選的研磨劑是二氧化硅。
本發(fā)明的組合物適用于包含如下物層的任何半導(dǎo)體晶片導(dǎo)電金屬，例如銅，鋁，鎢，鉑，鈀，金，或銥；阻擋層或襯膜層，例如鉭，氮化鉭，鈦，或氮化鈦；和下層的電介質(zhì)層。對(duì)本說(shuō)明書而言，術(shù)語(yǔ)電介質(zhì)是指介電常數(shù)為k的半導(dǎo)電材料，且該材料包括低k和超低k電介質(zhì)材料。該組合物和方法可以極好的防止多重晶片組分的侵蝕，例如多孔和無(wú)孔低-k電介質(zhì)，有機(jī)和無(wú)機(jī)低-k電介質(zhì)，有機(jī)硅酸鹽玻璃(OSG)，氟硅酸鹽玻璃(FSG)，碳摻雜氧化物(CDO)，原硅酸四乙酯(TEOS)和衍生自TEOS的二氧化硅。
實(shí)施例在實(shí)施例中數(shù)字代表本發(fā)明的實(shí)施例而字母代表對(duì)照實(shí)施例。所有的實(shí)施例溶液均包含0.30wt％的BTA，0.22wt％的蘋果酸，0.15wt％的羧甲基纖維素(CMC)，0.09wt％聚丙烯酸(30k)/0.09wt％聚丙烯酸(250k)的共混物和9.00wt％的過(guò)氧化氫。
實(shí)施例1本試驗(yàn)對(duì)從半導(dǎo)體晶片上拋光殘留銅期間產(chǎn)生噪音水平(dB)進(jìn)行測(cè)量。特別地，本測(cè)試測(cè)定了鹽或其混合物的添加對(duì)第一步(第二個(gè)工作臺(tái))拋光操作期間的噪音水平的影響。使用Applied Materials，Inc.Mirra 200mm拋光機(jī)并利用IC1010TM聚氨酯拋光墊(Rodel，Inc.)在約3psi(20.7kPa)的下壓力條件和80cc/min的拋光液流速，33RPM的工作臺(tái)轉(zhuǎn)速和61RPM的托架轉(zhuǎn)速下對(duì)試樣進(jìn)行平坦化。該拋光液具有用硝酸調(diào)節(jié)至3.4的pH。所有的溶液均包含去離子水。使用ExtechInstruments，Inc.的聲級(jí)計(jì)測(cè)量噪音水平，該聲級(jí)計(jì)的分貝量程為30-130dB(+/-1.5dB)。測(cè)得該機(jī)器的背景噪音為75-77dB。發(fā)現(xiàn)以分貝等級(jí)表示的有害噪音在約94dB或以上。
表1第二工作臺(tái)拋光的噪音水平結(jié)果

如表1所示，通過(guò)向本發(fā)明的對(duì)照拋光流體中添加鹽或其混合物使噪音水平顯著降低。鹽的加入將與晶片接觸的拋光墊的振動(dòng)產(chǎn)生的噪音水平降低到至少94dB以下。向?qū)φ諕伖饬黧w中加入0.1至0.01wt％的鹽可以將噪音水平降低到93.4至85dB。特別地，向?qū)φ諕伖饬黧w中加入0.1wt％的硝酸鉀(測(cè)試1)可以將噪音水平降低到90-93.4。相比之下，沒(méi)有添加鹽的拋光流體(測(cè)試A)產(chǎn)生了95-99dB的難以接受的噪音水平。此外，0.1wt％硝酸鉀和0.1wt％氯化鉀的混合物(測(cè)試2)將噪音水平降低至85-90dB。該鉀鹽的混合物提供了85dB的最低噪音水平。此外，向?qū)φ諕伖饬黧w中加入不同的胍鹽(測(cè)試3-6)，數(shù)量均為0.01wt％，而這些示例拋光流體提供了從約86.1(鹽酸胍)至約87.7dB(碳酸胍)的降低的噪音水平。應(yīng)注意，所討論的噪音水平是在上面所規(guī)定的實(shí)施例的測(cè)試條件下。該噪音水平會(huì)隨測(cè)試參數(shù)的改變而變化。
實(shí)施例2在這個(gè)測(cè)試中，測(cè)量用于清除殘留銅的拋光時(shí)間。在第二個(gè)工作臺(tái)上使用與實(shí)施例1相同的拋光條件對(duì)測(cè)試樣品進(jìn)行拋光，并利用Applied Materials“Mirra”端點(diǎn)(endpoint)系統(tǒng)對(duì)端點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。在T1中，下層的阻擋層(Ta或TaN)破壞了銅層，而在T2中，極少或沒(méi)有殘留的銅。測(cè)試拋光流體1和2包含0.01wt％的硝酸胍。
表2第二工作臺(tái)拋光的剩余拋光時(shí)間結(jié)果

如表2所示，向?qū)φ諕伖饬黧w中加入鹽可減少去除殘留銅的拋光時(shí)間。特別地，加入0.01wt％的硝酸胍(測(cè)試1和2)可將用于去除殘留銅的拋光時(shí)間分別減少到35和34秒。相比之下，沒(méi)有加入鹽的拋光流體(測(cè)試A和B)分別需要57和62秒來(lái)去除殘留的銅。換言之，將拋光時(shí)間減小了至少38％。
該溶液和方法對(duì)于拋光銅互連期間的噪音水平提供了意想不到的降低作用。本發(fā)明的拋光流體利用鹽或其混合物的加入將對(duì)晶片上的銅互連進(jìn)行第一步拋光期間的振動(dòng)所產(chǎn)生噪音水平有效降低到至少小于94dB。此外，鹽的加入可以將晶片的拋光時(shí)間減少至少38％。該水性組合物包含氧化劑，抑制劑，配位劑，聚合物和鹽，以及余量的水。
權(quán)利要求
1.用于在半導(dǎo)體晶片上拋光銅的水性組合物，該組合物包含1至15wt％的氧化劑，0.1至1wt％的非鐵金屬抑制劑，0.05至3wt％該非鐵金屬的配位劑，0.01至5wt％的羧酸聚合物，0.01至5wt％的改性纖維素，0.0001至2wt％具有陽(yáng)離子和陰離子組分的鹽，和余量的水，該鹽可降低晶片和拋光墊之間的振動(dòng)產(chǎn)生的噪音水平。
2.權(quán)利要求1的組合物，其中該陽(yáng)離子組分包括選自元素周期表的IA，IIA，IIIA，IVA和IVB族的離子化元素以及鋅、鈰、鐵、銨和胍的離子。
3.權(quán)利要求1的組合物，其中該陰離子組分選自氯，溴，碘，硝酸根，磷酸根，縮聚磷酸根，硫酸根，碳酸根和高氯酸根離子。
4.權(quán)利要求1的組合物，其中該鹽選自氯化鋁，硝酸氧鋯，硫酸氧鋯，硝酸鈰，硝酸鋁，溴化鋁，碘化鋁，氯化鋁，氯化氧鋯，氯化錫，高氯酸鋁，氯化鎂，氯化鋅，高氯酸鎂，氯化鐵，氯化鉀，硫酸鉀，鹽酸胍，硝酸胍，硫酸胍，碳酸胍，氯化銨，硝酸銨，磷酸銨。
5.權(quán)利要求1的組合物，其中該羧酸聚合物包括聚(甲基)丙烯酸的共混物，該共混物包含具有20,000至100,000的數(shù)均分子量的第一種聚合物和具有200,000至1,500,000的數(shù)均分子量的至少第二種聚合物。
6.權(quán)利要求5的組合物，其中第一種聚合物是具有30,000的數(shù)均分子量的聚丙烯酸，且第二種聚合物是具有250,000的數(shù)均分子量的聚丙烯酸，第一種聚合物和第二種聚合物的重量比為1∶1。
7.權(quán)利要求1的組合物，其中該改性纖維素是羧甲基纖維素。
8.權(quán)利要求1的組合物，其中該溶液具有小于5的pH。
9.用于從半導(dǎo)體晶片上拋光銅的方法，該方法包括使晶片與拋光組合物接觸，該晶片包含銅，而該拋光組合物包含1至15wt％的氧化劑，0.1至1wt％的非鐵金屬抑制劑，0.05至3wt％該非鐵金屬的配位劑，0.01至5wt％的羧酸聚合物，0.01至5wt％的改性纖維素，0.0001至2wt％的鹽，和余量的水；和用拋光墊拋光該晶片，該鹽可降低晶片和拋光墊之間的振動(dòng)產(chǎn)生的噪音水平。
10.權(quán)利要求9的方法，其中該鹽可減少剩余的拋光銅時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明提供了適用于從半導(dǎo)體晶片上拋光銅的水性組合物，該組合物包含1至15wt％的氧化劑，0.1至1wt％的非鐵金屬抑制劑，0.05至3wt％該非鐵金屬的配位劑，0.01至5wt％的羧酸聚合物，0.01至5wt％的改性纖維素，0.0001至2wt％具有陽(yáng)離子和陰離子組分的鹽，和余量的水，該鹽可降低晶片和拋光墊之間的振動(dòng)產(chǎn)生的噪音水平。
文檔編號(hào)H01L21/304GK1629238SQ200410092968
公開日2005年6月22日 申請(qǐng)日期2004年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月13日
發(fā)明者T·M·托馬斯, J·K·蘇 申請(qǐng)人:Cmp羅姆和哈斯電子材料控股公司