CN100408648C - 可选择性阻隔金属的抛光液 - Google Patents

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Abstract

一种用于在互连金属和电介质存在下去除阻隔材料的抛光液，按重量百分数计，它包括0.1-10的过氧化氢、至少一种选自硝酸、硫酸、盐酸和磷酸的pH调节剂、至少0.0025的用于降低互连金属去除速度的苯并三唑抑制剂、0-10的表面活性剂、0-10的平均粒径小于50纳米的胶体二氧化硅以及余量的水和附随杂质，所述pH调节剂将所述抛光液的pH值调节至小于3，在沿晶片法向上的抛光垫压力小于15kPa的条件下进行测定，所述抛光液具有至少3∶1的氮化钽对铜选择性、至少3∶1的氮化钽对TEOS选择性。

Description

可选择性阻隔金属的抛光液
背景技术
本发明主要涉及去除阻隔金属的化学机械平坦化(CMP)工艺，更具体地，涉及选择性地去除存在于集成电路装置的互连结构物中的阻隔金属的抛光组合物。
近年来，在生产集成电路时半导体工业越来越依赖铜的电互连。这些铜互连的电阻低且耐电迁移性高。由于铜易溶于许多介电材料，例如二氧化硅和低-K或掺杂的二氧化硅，因此必需扩散阻隔层来防止铜扩散入下面的介电材料中。典型的阻隔材料包括钽、氮化钽、钽-硅氮化物、钛、氮化钛、钛-硅氮化物、钛-钛氮化物、钛-钨、钨、氮化钨和钨-硅氮化物。
为了满足对高集成度集成电路的需求，制造商现在制造包含多个金属互连结构层叠层的集成电路。在用装置进行生产时，使所有互连层平坦化，以提高提高包装(packing)密度、工艺统一性、产品质量，最重要的是，使芯片制造商能制造多层集成电路。芯片制造商依靠化学机械平坦化方法(CMP)作为生产平坦基材表面的经济有效方法。所述CMP工艺通常分两步顺序进行。首先，抛光步骤使用专门设计来快速除铜的“第一步”浆料。例如，Carpio等人，在“Initial study on copperCMP slurry chemistries”Thin Solid Films，262(1995)，公开了一种用5重量％的硝酸溶液有效去除铜的用途。类似地，Kondo等人，在美国专利号6,117,775中公开了使用硝酸和BTA除去铜的用法。
初步去除铜以后，“第二步”浆料去除所述阻隔金属。通常，第二步浆料需要具备优秀的选择性，既能除去阻隔金属又对互连结构的物理结构或电学性质没有负面影响。
由于传统上认为碱性抛光浆料比酸性浆料具有更高的Ta/TaN去除速率，市售的第二步浆料通常具有碱性到中性的pH值。另一个因素也表明中性到碱性pH值的阻隔金属抛光浆料具有优越性，这与第二步抛光时需要保护覆盖在阻隔金属上的金属有关。为了减少金属互连的凹陷，金属的去除速度必需很慢。
在包括氧化剂的酸性浆料中，铜可具有高的去除速度和高的静态蚀刻速度。然而Cote等人在美国专利6375693中公开了一种用于阻隔金属的酸性CMP浆料。Cote等人的浆料与过氧化氢氧化剂、苯并三唑抑制剂和硫酸酯化脂肪酸在pH值为2-7.5的范围内进行作用。类似地，Wojczak等人在美国专利6409781中公开了一种酸性抛光浆料，它采用碘酸钾氧化剂、亚氨基二乙酸作为铜腐蚀抑制剂、硝酸作为选择性抛光阻隔金属的铜活化剂。
将来，IC结构的低k和极低k集成度将要求在CMP步骤中需要低的金属损失和介电损失。因此，最可能采用用于去除阻隔物的选择性浆料。尽管中到碱性抛光浆料的优点是本领域技术人员已知的，例如上面所提到的，然而这些浆料去除钽的速度偏低。另外，由于钽容易氧化，浆料中的氧化剂会与钽反应在表面上生成氧化层。综上所述，需要提供一种同时具有快速溶解阻隔材料的能力和对互连金属和介电物质有优良选择性的第二步浆料。
发明内容
本发明提供一种用于除去互连金属和介电质中的阻隔材料的抛光液。以重量百分数计，所述抛光液包括0.1-10的过氧化氢、至少一种选自硝酸、硫酸、盐酸和磷酸的pH调节剂(所述pH调节剂可将所述抛光液的pH值调节至小于3)、至少0.0025的用于降低互连金属的去除速度的苯并三唑抑制剂、0-10的表面活性剂、0-10的平均粒径小于50纳米的胶体二氧化硅以及余量的水和附随杂质。在沿晶片法向上的抛光垫(pad)压力小于15kPa的条件下进行测定，所述抛光液具有至少3∶1(3to1)的氮化钽对铜选择性，至少3∶1(3to1)的氮化钽对TEOS选择性。
从有互连金属存在的半导体基材去除阻隔金属的方法包括以下步骤：在半导体基材法向上的压力小于15kPa的条件下，用上述抛光液和抛光垫使所述半导体基材平坦化，以提供至少3∶1的氮化钽对铜的选择性和至少3∶1的氮化钽对TEOS的选择性。
附图简述
图1是pH值为2的抛光组合物(8.5％Nalco 2360)和pH值为9的抛光组合物中Ta去除速度-过氧化氢浓度对比曲线图。
图2是含0.6％BTA、4％过氧化氢和胶体二氧化硅(PL150H20)的抛光组合物在不同浓度和两种垫压力下的TaN去除速度-pH值曲线图。
图3是pH值为2的含0.12％BTA和4％过氧化氢的抛光组合物在各种胶体二氧化硅(PL150H20)浓度下的TaN去除速度-垫压力曲线图。
图4是pH值为2的包括4％PL150H20和4％过氧化氢的抛光组合物在13.8kPa压力和各种BTA抑制剂浓度下Cu、TaN、和二氧化硅(TEOS)去除速度的图。
图5是pH值为2的包括4％PL150H20、4％过氧化氢和0.6％BTA的抛光组合物在13.8kPa压力和各种多个次级抑制剂浓度下的Cu、TaN和二氧化硅(TEOS)去除速度的图。
图6是用硝酸调节pH值为2.5的包括4％胶体二氧化硅、0.6％BTA和0.5％过氧化氢的抛光组合物的铜凹陷和TEOS腐蚀度-胶体二氧化硅粒径图。
具体实施方式
本发明提供一种酸性pH值小于3的阻隔金属抛光液，它包括胶体二氧化硅磨料、过氧化氢氧化剂、苯并三唑腐蚀抑制剂以及无机pH调节剂。具体地，抛光液指含有或不含磨料的水性抛光液。如果抛光液包括磨料，则抛光液同时又是抛光浆料。该抛光液也可任选包括表面活性剂、螯合剂、pH缓冲剂和消泡剂(defoming)。
具体地，电介质包括二氧化硅基材料，例如TEOS、低k和超低k材料(部分超低材料不是二氧化硅基的)。为了抛光低k和超低k介电材料，重要的是保持低压以使这些材料的分层和破碎最少。然而，压力低导致阻隔材料(Ta/TaN)的去除速度也低，这是在晶片生产中是不希望发生的。幸运的是，与在低压下操作的常规碱性阻隔浆料相比，酸性抛光液的强氧化剂显示出高的阻隔材料去除速度。该阻隔材料包括以下物质：钽、氮化钽、钽-硅氮化物、钛、氮化钛、钛-硅氮化物、钛-钛氮化物、钛-钨、钨、氮化钨和钨-硅氮化物。
阻隔金属抛光组合物包括用于研磨或“机械”去除阻隔材料的任选胶体二氧化硅磨料。胶体二氧化硅在抛光组合物水相中的浓度为0-10重量％，除非特别注明，本说明书提到的所有浓度都是指重量百分数。如果抛光组合物不包括磨料，对于CMP工艺来说重要的是垫的选择和条件。例如，对于一些不含二氧化硅的组合物来说，固定的研磨垫可以改善抛光性能。更好的，胶体二氧化硅的浓度是0.01-5重量％。最好的，二氧化硅的胶体浓度是0.1-2重量％。
为了防止金属有过多的凹陷和电介质过度腐蚀，胶体二氧化硅的平均粒径小于50nm。具体地，粒径指胶体二氧化硅的平均粒径。更好地，二氧化硅平均粒径小于30nm，以进一步降低金属凹陷和电介质腐蚀。最好地，小于15nm的平均粒径可以可接受的速度除去阻隔金属，且不会过多去除电介质。例如，平均粒径2-15nm的胶体二氧化硅引起的电介质腐蚀和金属凹陷最小。降低胶体二氧化硅的粒径会提高溶液的选择性；但同时也降低了去除阻隔物的速度。此外，优选的胶体二氧化硅可以包括添加剂，例如可提高二氧化硅在酸性pH值范围内的稳定性的分散剂。上述一种胶体二氧化硅可购自法国Puteaux的Clariant S.A.。
已经发现例如钽和氮化钽等阻隔材料的去除速度可通过过氧化氢氧化剂大幅加速。这个发现与本领域的现有技术有冲突，现有技术认为氧化剂使钽钝化并降低其去除速度。过氧化氢在水相中的浓度是0.1-10重量％。更好地，过氧化氢的浓度是0.1-5重量％。最好地，过氧化氢的浓度是0.1-2重量％。由于过氧化氢迅速分解且储存时间短，最好在使用时再将过氧化氢混入溶液。
阻隔金属抛光液具有酸性pH值，以在底层阻隔金属的CMP过程中降低互连金属的去除速度和减少互连金属的凹陷。更好地，互连金属选自铜、铜合金、银和银合金。最好地，互连金属是铜。在现有技术的含有氧化剂如过氧化氢的酸性浆料中，铜的去除速度和静态(static)蚀刻速度都是高的。为了解决这个问题，本发明的抛光液采用苯并三唑(BTA)初级腐蚀抑制剂和可选的次级腐蚀抑制剂如表面活性剂，以进一步降低铜的腐蚀速度。腐蚀抑制剂的作用是通过酸性抛光组合物中的氧化剂来使铜的氧化最少。当同时使用初级和次级腐蚀抑制剂时，初级和次级腐蚀抑制剂的协同作用充分阻止了互连金属如CMP过程中的铜的氧化。通过减少互连金属的凹陷，这反过来有利于提高抛光的性能。
初级腐蚀抑制剂是苯并三唑(BTA)。BTA在水相中的浓度至少达到0.0025重量％。溶液采用相当大量的BTA抑制剂来降低铜的去除速度。实际上，溶液可以采用BTA饱和溶液。抛光液通常包含最高达1.7重量％的BTA。但是过浓的BTA浓度会对降低互连金属去除速度几乎没有作用，如果有的话，也是渐增的。优选地，溶液的BTA浓度为0.25-1重量％。如果BTA浓度大于0.25重量％，就不需要次级腐蚀抑制剂。
用于金属互连的可选次级腐蚀抑制剂可以是0-10重量％的表面活性剂。最好地，所述抛光液包括0-5重量％的表面活性剂。例如，具有如磺酸根、硫酸根、羧酸根、磷酸根、或上述官能团的衍生物的官能团的阴离子表面活性剂可用来极大地减少降低铜互连去除速度所需的BTA。进一步地，次级腐蚀抑制剂可以是非离子型表面活性剂，例如硅基化合物、氟基化合物、酯、环氧乙烷、醇类、乙氧基化物、醚苷、或上述化合物的衍生物。另外，次级腐蚀抑制剂可以是唑化合物或其衍生物，例如甲苯基三唑(TTA)、咪唑等。其他可选的次级抑制剂化合物包括：两性表面活性剂和聚合物，例如聚羧酸酯及其衍生物、聚丙烯酰胺及其衍生物、纤维素、聚乙烯醇及其衍生物和聚乙烯吡咯烷酮及其衍生物。
最优选地，次级腐蚀抑制剂是十二烷基苯磺酸钠表面活性剂。使用时，十二烷基苯磺酸钠在水相中的浓度0.0001-5重量％。更好地，十二烷基苯磺酸钠以0.0001-0.5重量％存在。最好地，抛光液包括0.01-0.05重量％的十二烷基苯磺酸钠。
抛光组合物包括可将抛光组合物的pH值降低到小于3的酸性pH值的无机pH调节剂。pH调节剂是例如硝酸，硫酸，盐酸和磷酸的无机酸。pH调节剂最好是硝酸(HNO3)。更好地，酸调节溶液的pH为1.5-2.9。最好地，pH为2-2.8。由于二氧化硅在pH为2时有等电点，因此溶液在此pH值附近在动力学上将是不稳定的；二氧化硅颗粒在等电点附近如没有分散剂的作用易于聚结。
在pH低于3时，即使磨料浓度相对较低，抛光组合物也能提供高的阻隔金属去除速度。通过减少不希望发生的研磨引起的问题，例如刮伤，这个低的磨料浓度可以提高CMP工艺的抛光性能。还有，如果pH低于3，可用粒径相对较小磨粒制成抛光组合物。例如，约10nm的粒径可以提供令人满意的Ta/TaN去除速度。通过采用较小粒径的磨料以及在低磨料浓度下配制酸性抛光组合物，可以很好地减少研磨缺陷。
该溶液令CMP仪器在低的垫压(如7.5-15kPa，以及，在某些特定情况下，甚至低于7.5kPa)下工作。通过减少刮擦和其他不希望的抛光缺陷，低的CMP垫压提高了抛光性能，并最大程度减少了对易碎物质的伤害。例如，如果在高压缩力的作用下，低介电常数物质会破碎或分层。而且，由酸性抛光液产生的高阻隔金属去除速度使低浓度和小粒径的磨料能有效地抛光阻隔金属。
在沿晶片法向上的抛光垫压力小于15kPa的条件下进行测量，所述抛光液具有至少3∶1的氮化钽对铜选择性，至少3∶1的氮化钽对TEOS选择性。更好地，在沿晶片法向上的抛光垫压力小于15kPa的条件下进行测量，所述抛光液具有至少4∶1的氮化钽对铜选择性，至少4∶1的氮化钽对TEOS选择性。最好地，在沿晶片法向上的抛光垫压力小于10kPa的条件下进行测量，所述抛光液具有至少5∶1的氮化钽对铜选择性，至少5∶1的氮化钽对TEOS选择性。这么高的选择性允许芯片制造商在不除去过多介电材料或互连材料的情况下去除阻隔物。
一种可选的组分是调整铜相对于阻隔金属的去除速度的螯合剂或络合剂。螯合剂通过与铜生成螯合金属络合物提高铜去除速度。螯合剂可以是羧酸、氨基-羧酸及其衍生物等。优选地，螯合剂在水相中的浓度是0-5重量％。抛光组合物可选地包括缓冲剂，例如各种有机酸和无机酸，氨基酸及其pKa值在pH范围1.5到小于3的盐。抛光组合物还任选包括消泡剂，例如非离子型表面活性剂，包括酯、环氧乙烷、醇、乙氧基化物、硅化合物、氟化合物、醚、苷及其衍生物等。消泡剂还可以是两性表面活性剂。
实施例
发明人进行了多个试验来测定本发明的抛光液在不同组分浓度下的抛光性能。抛光实验采用Buehler Ecomet CMP系统，Strasbaugh 6EC，IPEC 472，或Applied Materuals Mirra。
为了评估不同选定组分浓度和不同pH值条件下的抛光性能，制备了多种抛光组合物。所有的浆料都在3加仑(11.3升)的桶中如下制备：首先加入DI水，接着混合各种化学组分形成水相。接着加入一定量的硝酸调节pH到所需的pH值。水相形成时，加入足够的胶体二氧化硅，形成水相含1重量％-8.5重量％的二氧化硅溶液。
在这些初级收集(preliminary scooping)实验中采用两种不同的胶体二氧化硅颗粒，Nalco 2360和Klebosol系列。胶体二氧化硅颗粒列在下表1中。
表1
  产品名称     平均粒径(nm)     稳定的PH区间
  Nalco 2360     60     酸性
  Klebosol PL150H25     25     酸性
  Klebosol PL150H20     20     酸性
  Klebosol PL20H12     12     酸性
  Klebosol PL100H9     9     酸性
Klebosol胶体二氧化硅在pH值为2.4附近稳定。尽管较低pH值的抛光组合物中，胶体二氧化硅的稳定性在产业化上受到重视，但是上述胶体二氧化硅产品可以使用添加剂使颗粒稳定化。
实施例1
测试基材用带有两种制备成不同pH值的抛光组合物Buehler CMP系统进行抛光。第一和第二抛光组合物各自包括pH调节剂和不同含量的过氧化氢和8.5重量％胶体二氧化硅。每份浆料的磨料相由Nalco 2360胶体二氧化硅颗粒制备。一种抛光组合物配制成pH值为2，另一种配制成pH值为9。抛光实验使用由Target Materials公司制造的钽(99.5％)基材进行。经测量该基材直径为1英寸(2.5cm)，厚度为0.118英寸(0.30cm)。
图1描述了本发明所配制的pH值为2的抛光组合物和所配制的pH值为9的第二种碱性抛光组合物中钽的去除速度作为过氧化氢浓度的函数图。为了测定每种基材的金属去除量，在每个抛光步骤前后测量金属盘的重量。对于每个抛光步骤，测定抛光6分钟后以毫克计的去除金属量。
为了得到图1中所示的数据，Buehler CMP系统配备了由Rodel公司生产的IC1000，k-槽式抛光垫。抛光垫在每次测试的每个抛光步骤之间用菱形(diamond)调节器调节2分钟。每个抛光步骤在6.4psi(44.1kPa)的计算垫压、70rpm的台面转速和100毫升/分钟的抛光组合物流速的条件下进行。
如图1所示，pH为2的抛光组合物与pH为9的抛光组合物相比显示出明显提高的钽去除速度。过氧化氢浓度从0重量％到4重量％变化时，钽去除速度的提高更加显著。
此外还用Klebosol磨料相和pH为2.5的水相配成的抛光组合物进行了试验。当过氧化氢浓度从0重量％增加到4重量％时测量钽的去除速度-字母代表对比浆料，数字代表本发明的实施例。在这些试验中，Buehler CMP系统配备IC1010/SubaIV抛光垫。实验数据如下表2示出。
表2
  浆料  Klebosol PL150H25，％   BTA％   H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>％   pH   Ta的平均去除速度，mg
  A   4   0.4   0   2.5   6.4
  1   4   0.4   0.5   2.5   8.5
  2   4   0.4   1   2.5   8.9
  3   4   0.4   1.5   2.5   9.8
  4   4   0.4   2   2.5   10.9
  5   4   0.4   4   2.5   13
上述数据显示钽的去除速度随着过氧化氢浓度增加平缓上升。如图1和表2的数据所示，钽的去除速度随着氧化剂浓度增加与期望值背离-常规的碱性抛光组合物一般会显示钽的去除速度随着氧化剂浓度增加而降低。
实施例2
测试基材用具有四种制备成不同pH值的抛光组合物的Strasbaugh CMP系统进行抛光。这些实验中，Strasbaugh CMP系统配备Podel公司生产的IC1010/Suba IV抛光垫。这些抛光组合物中两种包含1重量％的KlebosolPL150H20胶体二氧化硅，其余两种包含4重量％的Klebosol PL150H20胶体二氧化硅。进一步地，对于使用Wafernet公司生产的200mm直径硅基材的每种抛光组合物，采用垫压为1psi(6.9kPa)和2psi(13.6kPa)进行抛光实验。基材包括15,000埃的电镀Cu薄膜层，或是采用TEOS源气体通过CVD法沉积的15,000埃SiO2薄膜层，或是覆盖在硅上的2000埃CVD法氮化钛薄膜层。
抛光工艺在0.5psi(3.4kPa)反压(back pressure)和120rpm台面转速下进行。其他参数包括114rpm的支架速度和200毫升/分钟的浆料流速。抛光时间根据不同薄膜变动如下：对于Cu是1-5分钟，对于二氧化硅是1分钟，对于氮化钽是30秒。采用DiaGrid Kinik调节器在每个步骤之间调节IC1010/SubaIV抛光垫。
采用CDE1684点探针测定铜和氮化钽的去除速度，采用KLA-Tencor SM300测定二氧化硅(TEOS)的去除速度。图2中示出了5种不同pH值下氮化钽去除速度作为pH的函数图。当水相的pH值从2调节到4时，实验数据显示氮化钽去除速度显著下降。下表3描述了对于铜、二氧化硅(TEOS)和氮化钽的去除速度值。
表3
Figure C20048000264800121
这些数据显示，为了得到所需的氮化钽对铜选择性和氮化钽对TEOS的选择性，小于3的pH值是必需的。
实施例3
对不同颗粒浓度的抛光组合物的氮化钽去除速度进行测试。还在不同垫压下进行测试，以测定颗粒浓度和垫压之间的相互作用。图3中示出了抛光数据。不同颗粒浓度测试范围内氮化钽的去除速度随着垫压的增加而线性增加。另外，在给定的垫压下，氮化钽的去除速度随颗粒浓度增加而增加。重要的是，数据显示即使在低颗粒浓度和低垫压下也可得到高的氮化钽去除速度。
实施列4
对Cu、二氧化硅(TEOS)和氮化钽的去除速度进行实验测定。在这些实验中，在垫压为2psi(13.8kPa)下用pH为2的含4重量％的胶体二氧化硅、4重量％的过氧化氢的抛光组合物对试样进行抛光。图4示出不同浓度的初级抑制剂BTA下Cu、TaN和二氧化硅(TEOS)的去除速度。采用CDE 168 4点探针测定Cu的去除速度，用KLA-Tencor SM300测定二氧化硅的去除速度。当BTA的重量百分数增加到饱和值时，数据显示Cu的去除速度急剧下降。在不存在次级抑制剂的条件下，BTA浓度超过饱和值后，其增长并不会使Cu的去除速度大幅度下降。重要的是，二氧化硅和TaN的去除速度相对于Cu的去除速度保持相对稳定。另外，在整个BTA浓度范围内TaN去除速度较高。
实施例5
Cu、二氧化硅和TaN的去除速度作为次级腐蚀抑制剂浓度(十二烷基硫酸钠(sodium dodecylsulphate))的函数进行测定。采用配制成pH值为2的抛光组合物进行实验。本发明的抛光组合物也包括4重量％的过氧化氢和0.6重量％的初级抑制剂(BTA)。Stausbaugh CMP系统在垫压为2psi(13.8kPa)下操作。
图5示出了实验结果。结果显示在次级抑制剂浓度的试验范围内，氮化钽去除速度恒定高于二氧化硅和Cu的去除速度。另外，二氧化硅去除速度大于Cu。在这些实验中，Cu的去除速度被次级腐蚀抑制剂抑制到小于100A/分钟的很低值。
实施例6
采用本发明的包括表面活性剂的抛光组合物对Cu、二氧化硅和TaN的去除速度进行实验测定。在这些实验中，阴离子型表面活性剂Biosoft D-40加入到抛光组合物，使水相中的表面活性剂浓度为0.2重量％。Biosoft D-40的活性组分是十二烷基苯磺酸钠。采用IPEC 472 CMP系统进行抛光实验。IPEC 472配备IC 1000 k-槽式抛光垫。其他操作参数包括120rpm的台面转速、114rpm的支架速度、200毫升/分钟的浆料流速。采用1psi(6.9kPa)的垫压得到如下表4中所示的去除速度。
表4
  浆料   KlebosolPL20H12，％   KlebosolPL10H9，％   BTA％   BiosoftD-40，％   H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>％   PH   Cu RRA/分钟   TEOS RRA/分钟   TaN RRA/分钟
  12   4   0.4   2   2   129   75   853
  13   4   0.4   2   2   106   79   911
  14   4   0.1   0.02   2   2   84   70   1228
  15   4   0.2   0.02   2   2   51   70   839
  16   4   0.3   0.02   2   2   14   70   1155
  17   4   0.4   0.02   2   2   27   71   974
在所有抛光实验中，Cu的去除速度小于TaN的去除速度。另外，BTA浓度范围为0.1重量％-0.4重量％之间TaN的去除速度可保持得较高。
实施例7
表5的浆料配方18-21和J包括4重量％的胶体二氧化硅、0.6重量％的BTA、0.5重量％的过氧化氢，其pH值用硝酸调节到2.5。以下表格显示了MirraCMP抛光机的晶片层(sheet wafer)的去除速度的数据。抛光工艺采用120rpm的台面转速、114rpm支架速度、1psi(6.9kPa)的向下力、200毫升/分钟的浆料流速和IC1010/Suba IV垫。
表5
  浆料   胶体二氧化硅粒径(nm)   粒径分布   TaN RRA/分钟   Cu RRA/分钟   TEOS RRA/分钟   SiCN RRA/分钟   CORAL RRA/分钟
  18   9   单峰   670   108   77   302   170
  19   12   单峰   604   127   54   267   141
  20   25   在单峰和双峰之间   1161   67   67   785   176
  21   35   双峰   264   56   51   785   128
  J   50   双峰   160   83   48   634   103
Mirra机对Sematch 854TEOS型晶片进行抛光，评估不同胶体颗粒的凹陷和腐蚀方面的性能。在每个压板上的抛光工艺列在表6中；凹陷和腐蚀数据列在图6中。
表6：Sematech 854型晶片的抛光工艺
Figure C20048000264800151
*注意：EPL2360RLS 2360是铜的第一步浆料，浆料18，19，20，21和J是第二步浆料。
尽管TEOS，Cu和Coral去除速度对颗粒尺寸或分布都不敏感，但是TaN和SiCN晶片层的去除速度在25nm粒径下得到最大去除速度。令人感兴趣的是，854TEOS型晶片的凹陷和腐蚀随着粒径的增大和分布模型变化而增大。然而从这些数据不能得知是否粒径或分布方式决定凹陷或腐蚀的性能。9nm的磨料例子得到最好的凹陷和腐蚀性能。尽管TaN的去除速度随着粒径从25nm到9nm而减小，去除速度对于有效的第二步阻隔物CMP工艺已经足够。
综上所述，低pH值的无机酸、BTA和过氧化氢的组合提供了一种同时具备能快速溶解阻隔物并对互连金属(例如铜)和介电材料都有优秀选择性的第二步抛光溶液。对阻隔金属的快速溶解使CMP工艺在小于15kPa的压力下进行，优选小于10kPa压力。最优选地，CMP平坦化是在小于7.5kPa地压力下进行的。

Claims (9)

1. 一种用于在互连金属和电介质存在下去除阻隔材料的抛光液，按重量百分数计，它包括0.1-10的过氧化氢、至少一种选自硝酸、硫酸、盐酸和磷酸的pH调节剂、0.25-1.7的用于降低互连金属去除速度的苯并三唑抑制剂、0-10的表面活性剂、0.01-10的平均粒径小于50纳米的胶体二氧化硅以及余量的水和附随杂质，所述pH调节剂将所述抛光液的pH值调节至1.5-小于3，在沿晶片法向上的抛光垫压力小于15kPa的条件下进行测定，所述抛光液具有至少3∶1的氮化钽对铜选择性、至少3∶1的氮化钽对TEOS选择性。
2. 如权利要求1所述的抛光液，其特征在于所述pH调节剂是硝酸，所述抛光液的pH值为1.5-2.9。
3. 一种用于在互连金属和电介质存在下去除阻隔材料的抛光液，按重量百分数计，它包括0.1-5的过氧化氢、用于将所述抛光液的pH值调节到1.5-2.9的选自硝酸、硫酸、盐酸和磷酸的至少一种pH调节剂、0.25-1.7的用于降低互连金属去除速度的苯并三唑抑制剂、0-10的表面活性剂、0.01-5的平均粒径小于50纳米的胶体二氧化硅以及余量的水和附随杂质，在沿晶片法向上的抛光垫压力小于15kPa的条件下进行测定，所述抛光液具有至少4∶1的氮化钽对铜选择性、至少4∶1的氮化钽对TEOS选择性。
4. 如权利要求3所述的抛光液，其特征在于所述抛光液的pH值为2-2.8。
5. 如权利要求3所述的抛光液，其特征在于所述表面活性剂是具有选自磺酸根、硫酸根、羧酸根、磷酸根的官能团的阴离子表面活性剂，所述表面活性剂降低了铜互连的去除速度。
6. 如权利要求3所述的抛光液，其特征在于所述胶体二氧化硅的平均粒径是2-15nm，所述胶体二氧化硅具有单峰粒径分布。
7. 如权利要求3所述的抛光液，其特征在于所述抛光液包括0.1-2的过氧化氢、0.25-1的苯并三唑抑制剂、0-5的表面活性剂、0.1-2的胶体二氧化硅，且其pH值为2-2.8，所述胶体二氧化硅的平均粒径小于30纳米，在沿晶片法向上的抛光垫压力小于10kPa的条件下进行测定，所述抛光液具有至少5∶1的氮化钽对铜选择性、至少5∶1的氮化钽对TEOS选择性。
8. 一种在互连金属存在下从半导体基材上去除阻隔金属的方法，它包括以下步骤：在半导体基材法向上的压力小于15kPa的条件下，用权利要求1所述的抛光液和抛光垫使所述半导体基材平坦化，以提供至少3∶1的氮化钽对铜选择性、至少3∶1的氮化钽对TEOS选择性。
9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于所述平坦化步骤是在小于10kPa的压力下进行的，所述抛光液包括0.1-2的过氧化氢、0.25-1的苯并三唑抑制剂、0-5的表面活性剂、0.01-2的胶体二氧化硅，其pH值2-2.8，所述胶体二氧化硅的平均粒径小于30nm，氮化钽对铜的选择性至少5∶1，氮化钽对TEOS的选择性至少5∶1。
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