CN101358109A - 用来除去聚合物阻挡层的抛光浆液 - Google Patents

用来除去聚合物阻挡层的抛光浆液 Download PDF

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Abstract

一种水性浆液，可用于对包含铜互连的半导体基片进行化学机械抛光。所述浆液包含0－25重量％的氧化剂，0.1－50重量％的磨粒，0.001－5重量％的聚乙烯吡咯烷酮，0.00002－5重量％的多组分表面活性剂，0.001－10重量％的用来减少铜互连的静态蚀刻的抑制剂，0－5重量％的用来加快铜互连去除速率的含磷化合物，0.001－10重量％的在抛光过程中形成的络合剂，以及余量的水，所述多组分表面活性剂包含疏水性尾部、非离子型亲水性部分和阴离子型亲水性部分，所述疏水性尾部包含6－30个碳原子，所述非离子型亲水性部分包含10－300个碳原子。

Description

用来除去聚合物阻挡层的抛光浆液
技术领域
本发明涉及用来除去聚合物阻挡层的抛光浆液。
发明背景
随着超大规模集成电路(ULSI)技术向着更小的线宽发展，对常规的化学机械抛光(CMP)法的一体化提出了新的挑战。另外，要引入低k和超低k介电膜，需要使用更温和的CMP工艺，这是因为膜的机械强度低，与相邻层的粘着性很差。另外，针对缺陷度的日益严格的标准对用于低k膜的抛光浆液提出了更多的要求。
将各种低k膜集成化成ULSI可能需要大量的步骤，还需要引入新的技术，例如超临界清洁、介电和金属覆盖层、共形沉积阻挡层和铜、用低的向下作用力和无磨料浆液进行化学机械平面化。除了这些技术选择以外，ULSI制造者必需针对产率、可靠性、机械强度和性能(即电阻-电容(RC)延迟造成的功率耗散)考虑和解决工艺复杂性的问题。
实施低k材料的复杂性为阻挡层CMP工艺带来了更大的挑战，因此需要能够控制复杂的输入变量，达到稳定的高产率。调节工艺变量将有助于减小低k膜上的抛光变化。但是，最好在阻挡层CMP浆液中加入专门具有低k介电值的表面活性剂，且所述表面活性剂具有可调节性，具有工艺可调性能。例如，Ye等人在美国专利第6,916,742号中揭示了一种浆液，该浆液能够调节聚乙烯吡咯烷酮的量，以控制氮化钽和碳掺杂的氧化物(CDO)的去除速率。通过调节聚乙烯吡咯烷酮和二氧化硅的量，可控制该浆液除去氮化钽(阻挡层)的速率与除去CDO(超低k电介质)的速率之比。不幸的是，这些浆液对于一些应用会导致过多的划痕且TaN去除速率不足。
人们需要一种抛光浆液，使其能够完成按照设计地除去阻挡层至超低k电介质，同时减小CDO去除速率。另外，人们还需要一种浆液，其能够在去除阻挡层的同时减少划痕的形成。
发明内容
在本发明的一个方面，本发明包括一种可用来对包括铜互连的半导体基片进行化学机械抛光的水性浆液，所述浆液包含0-25重量％的氧化剂，0.1-50重量％的磨粒，0.001-5重量％的聚乙烯吡咯烷酮，0.00002-5重量％的多组分表面活性剂，0.001-10重量％的用来减少铜互连的静态蚀刻的抑制剂，0-5重量％的用来加快铜互连去除速率的含磷化合物，0.001-10重量％的在抛光过程中形成的络合剂，以及余量的水，所述多组分表面活性剂包含疏水性尾部(tail)、非离子型亲水性部分和阴离子型亲水性部分，所述疏水性尾部包含6-30个碳原子，所述非离子型亲水性部分包含10-300个碳原子。
在本发明的另一个方面，本发明包括一种可用来对具有铜互连的半导体基片进行化学机械抛光的水性浆液，该浆液包含：0.01-15重量％的氧化剂，0.1-40重量％的二氧化硅磨粒，0.002-3重量％的聚乙烯吡咯烷酮，0.00005-2重量％的多组分表面活性剂，0.002-5重量％的用来减少铜互连的静态蚀刻的吡咯抑制剂，0-3重量％的用来加快铜互连去除速率的含磷化合物，0.01-5重量％的在抛光过程中形成的有机酸络合剂，以及余量的水，所述多组分表面活性剂包含疏水性尾部、非离子型亲水性部分和阴离子型亲水性部分，所述疏水性尾部包含8-20个碳原子，所述非离子型亲水性部分包含20-200个碳原子；所述水性浆液的pH值为8-12。
在本发明的另一个方面，本发明包括一种可用来对包括铜互连的半导体基片进行化学机械抛光的水性浆液，所述浆液包含0.1-10重量％的氧化剂，0.25-35重量％的二氧化硅磨粒，0.01-2重量％的聚乙烯吡咯烷酮，0.0001-1重量％的多组分表面活性剂，0.005-2重量％的用来减少铜互连的静态蚀刻的苯并三唑抑制剂，0.001-2重量％的用来加快铜互连去除速率的含磷化合物，0.01-5重量％的在抛光过程中形成的有机酸络合剂，以及余量的水，所述多组分表面活性剂包含疏水性尾部(tail)、非离子型亲水性部分和阴离子型亲水性部分，所述疏水性尾部包含12-16个碳原子，所述非离子型亲水性部分包含25-150个碳原子；所述水性浆液的pH值为9-11.5。
具体实施方式
已经发现通过将聚乙烯吡咯烷酮和多组分表面活性剂结合起来，可以在提高氮化钽去除速率的同时不会对半导体基片的低k和超低k去除速率造成负面影响。出于本说明书的目的，半导体基片包括其上具有金属导体互连和介电材料的晶片，所述金属导体互连和介电材料通过某种方式由绝缘层隔开，使得可以产生特殊的电信号。另外，这些浆液出人意料地改进了晶片的缺陷程度(defectivity)。最终，在CMP工艺之后，这些浆液提供了稳定的膜，这种膜能够促进得到极佳的TaN/低-K电介质选择性。
所述浆液还包含0.001-5重量％的聚乙烯吡咯烷酮，用来除去阻挡层，同时对低k电介质膜具有选择性的去除速率。除非另外说明，该说明书中所有的浓度都以重量百分数表示。较佳的是，所述浆液包含0.002-3重量％的聚乙烯吡咯烷酮。最佳的是，所述浆液包含0.01-2重量％的聚乙烯吡咯烷酮。对于要求在除去阻挡层的同时具有适中的低k去除速率的应用，所述浆液优选包含小于0.4重量％的聚乙烯吡咯烷酮。对于要求在除去阻挡层的同时具有低的低k去除速率的应用，所述浆液优选包含至少0.4重量％的聚乙烯吡咯烷酮。这种非离子型聚合物有助于对低k和超低k介电膜(通常是疏水性的)和硬掩模覆盖层膜进行抛光。
所述聚乙烯吡咯烷酮的重均分子量优选为1,000-1,000,000。出于本说明书的目的，重均分子量表示通过凝胶渗透色谱法测量的分子量。所述浆液的分子量更优选为1,000-500,000，最优选分子量为2,500-50,000。例如，分子量为7000-25000的聚乙烯吡咯烷酮已被证明是特别有效的。
在本说明书中，表面活性剂表示一种物质，当该物质存在的时候，其具有吸附在晶片基片的表面上或界面上，或者改变所述晶片基片表面或界面的表面自由能的性质。术语“界面”表示任意两个不混溶相之间的边界。术语“表面”表示其中一相为气体(通常是空气)时的界面。表面活性剂通常用来减小界面自由能。某些表面活性剂，例如脂肪醇聚乙二醇醚硫酸盐能够抑制CDO速率，但是这些表面活性剂会增加晶片缺陷数。
已经发现多组分表面活性剂与聚乙烯吡咯烷酮组合能够减小CDO去除速率，同时不会引起令人无法接受的晶片缺陷程度的增大。所述多组分表面活性剂具有以下分子结构：包括第一结构部分，该部分对水的吸引力极小，被称为疏水性尾部，第二结构部分，该部分为非离子型亲水性部分，其对水具有吸引力，以及非离子型亲水性基团，其对水具有强烈的吸引力，所述阴离子型亲水性基团在溶液中离子化的时候具有负的离子电荷。
所述疏水性基团通常是具有适于水溶性的长度的长链烃类、碳氟化合物或硅氧烷链。具体来说，所述疏水性基团总共包含6-30个碳原子。较佳的是，所述疏水性基团包含8-20个碳原子，最优选包含12-16个碳原子。所述疏水性部分可以是直链、有分支的链或环状链。所述疏水性部分可以是饱和的链、不饱和的链或包含芳族基团。一个具体的例子是源自脂肪醇的直链聚合物。
所述非离子型亲水性部分包含10-300个碳原子。较佳的是，所述非离子型亲水性部分包含20-200个碳原子。最佳的是，所述非离子型亲水性部分包含25-150个碳原子。所述非离子型亲水性部分可以是直链、有分支的链或环状链。所述非离子型亲水性部分可以是饱和的链、不饱和的链或包含芳族基团。合适的非离子型亲水性部分的一个具体的例子是聚环氧乙烷直链。
示例性的阴离子型部分包括含有至少一种以下物质的阴离子型部分：羧酸、磺酸、硫酸、膦酸和它们的盐或它们的混合物。优选的阴离子型部分包含选自至少一种以下物质的化学基团：羧酸根(羧酸盐)，磺酸根(磺酸盐)，硫酸根(硫酸盐)，或磷酸根/酯(磷酸酯和多磷酸酯)。所述表面活性剂的亲水性部分可包含一个或多个氮原子或者一个或多个氧原子，或者它们的混合物，但是优选包含至少一个可离子化的基团，以提供可溶性以及对带负电荷的表面(例如二氧化硅表面)的斥力。
通常可以通过加入0.00002-5重量％的多组分表面活性剂获得高选择性。除非另外说明，本说明书中所有的浓度都以重量％表示。另外，所揭示的范围包括合并性范围和部分合并性范围，且限制在范围内。较佳的是，所述表面活性剂的含量为0.00005-2重量％；最优选所述表面活性剂的含量为0.0001-1重量％。
通常这些表面活性剂作为铵盐、钾盐、季铵盐或钠盐加入。最佳的是，所述表面活性剂作为铵盐加入，用于高纯度制剂。
较佳的是，所述多组分表面活性剂对碳掺杂的氧化物(CDO)的去除速率(单位为埃/分钟)的抑制程度要远高于其对钽(Ta)或氮化钽(TaN)之类的阻挡膜的去除速率的抑制程度。如果我们将膜X的去除速率的相对抑制(ΔX)定义为ΔX＝(Xo-X)/Xo，其中Xo和X表示在加入表面活性剂之前和之后的X膜去除速率，其单位为埃/分钟，则本发明揭示的表面活性剂优选满足以下的关系式中的至少一个(以TaN为例)：Δ(CDO)＞Δ(TaN)，所述结果是采用微孔聚氨酯抛光垫，测得垂直于晶片的压力为13.8千帕(2psi)，以及实施例的条件下测得的。例如，当采用13.8千帕的压力以及实施例的条件，采用Hi凸纹泊莱特克斯(Politex)TM多孔凝结聚氨酯(泊莱特克斯是罗门哈斯公司(Rohm and Haas Company)或其分公司的商标)抛光垫以及不含表面活性剂的组合物进行抛光时，对碳掺杂的氧化物得到的参比抛光速率(Xo)为500埃/分钟，对氮化钽的参比抛光速率(Xo)为500埃/分钟。然后加入多组分表面活性剂，此时在相同的条件下，对于碳掺杂的氧化物，抛光速率减小到300埃/分钟，TaN的去除速率必需大于300埃/分钟以满足上述选择性关系式。
所述浆液任选包含0-5重量％的含磷化合物。出于本发明的目的，″含磷”化合物是任意含有磷原子的化合物。较佳的是，所述浆液包含0-3重量％的含磷化合物。最优选所述浆液包含0.001-2重量％的含磷化合物。例如，含磷化合物包括磷酸类，焦磷酸类，多磷酸类，膦酸类，氧化膦，硫化膦，正膦(phosphorinane)，膦酸类，亚磷酸类和亚膦酸类，包括它们的酸、盐、混酸盐、酯、偏酯、混合酯、以及它们的混合物，例如磷酸。具体来说，所述抛光浆液可包含以下具体的含磷化合物：磷酸锌、焦磷酸锌、多磷酸锌、膦酸锌、磷酸铵、焦磷酸铵、多磷酸铵、膦酸铵、磷酸氢二铵、焦磷酸氢二铵、多磷酸氢二铵、膦酸氢二铵、磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸胍、焦磷酸胍、多磷酸胍、膦酸胍、磷酸铁、焦磷酸铁、多磷酸铁、膦酸铁、磷酸铈、焦磷酸铈、多磷酸铈、膦酸铈、磷酸乙二胺、磷酸哌嗪、焦磷酸哌嗪、膦酸哌嗪、磷酸三聚氰胺、磷酸氢二(三聚氰胺)、焦磷酸三聚氰胺、多磷酸三聚氰胺、膦酸三聚氰胺、磷酸蜜白胺、焦磷酸蜜白胺、多磷酸蜜白胺、膦酸蜜白胺、磷酸蜜勒胺、焦磷酸蜜勒胺、多磷酸蜜勒胺、膦酸蜜勒胺、磷酸二氰基二酰胺、磷酸脲，包括它们的酸、盐、混酸盐、酯、偏酯、混合酯、以及它们的混合物。
优选的含磷化合物包括磷酸铵和磷酸。但是过量的磷酸铵会在溶液中引入过量的游离铵。过量的游离铵会攻击铜，造成粗糙的金属表面。加入的磷酸与游离碱金属(例如钾)原位反应以形成磷酸钾盐和磷酸氢二钾盐是特别有效的。
所述钾化合物也能提供以下优点：形成保护膜，在侵蚀性的CMP处理后的清洁液中保护铜。例如，CMP处理后的晶片膜具有足够的完整性，足以在包含侵蚀性铜络合剂如氢氧化四甲铵、乙醇胺和抗坏血酸的pH＝12的溶液中保护晶片。
任选地，含量为0-25重量％的氧化剂也有助于除去阻挡层，例如钽、氮化钽、钛和氮化钛。较佳的是，所述浆液包含0.01-15重量％的氧化剂。最佳的是，所述浆液包含0.1-10重量％的氧化剂。合适的氧化剂包括例如过氧化氢、单过硫酸盐、碘酸盐、过邻苯二甲酸镁、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、锰(Mn)(III)盐、Mn(IV)盐和Mn(VI)盐、银盐、铜盐、铬盐、钴盐、卤素、次氯酸盐、或者包含上述氧化剂中的至少一种的组合。优选的氧化剂是过氧化氢。注意所述氧化剂通常在即将使用之前加入抛光组合物中，在这些情况下，所述氧化剂包含在独立地包装内，在使用之处混合。对于不稳定的氧化剂(例如过氧化氢)来说，这是特别有用的。
还可通过调解氧化剂(例如过氧化物)的量来控制金属互连去除速率。例如，通过增大过氧化物的浓度可以加快铜去除速率。但是，氧化剂过度的增加会对抛光速率造成不利的影响。
所述阻挡层金属抛光组合物包含用来“机械”去除阻挡层材料的磨料。所述磨料优选是胶体磨料。示例性的磨料包括以下这些：无机氧化物、金属硼化物、金属碳化物、金属氢氧化物、金属氮化物、或者包含上述磨料中至少一种的组合。合适的无机氧化物包括例如二氧化硅(SiO2)，氧化铝(Al2O3)，氧化锆(ZrO2)，氧化铈(CeO2)，氧化锰(MnO2)，以及它们的混合物。氧化铝可以为许多的形式，例如α-氧化铝、γ-氧化铝、δ-氧化铝以及无定形(非晶态)氧化铝。氧化铝的其它合适的例子是勃姆石(AlO(OH))颗粒以及它们的混合物。如果需要，也可使用这些无机氧化物的改良形式，例如聚合物涂覆的无机氧化物颗粒。合适的金属碳化物、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、以及包含上述金属碳化物、硼化物和氮化物中的至少一种的混合物。如果需要，还可使用金刚石作为磨料。另外的磨料还可包括聚合物颗粒和涂覆的聚合物颗粒。优选的磨料是二氧化硅。
在所述抛光组合物的水相中磨料的浓度为0.1-50重量％。对于无磨料的溶液，固定的研磨垫有助于阻挡层的去除。较佳的是，所述磨料浓度为0.1-40重量％。最佳的是，所述磨料浓度为0.25-35重量％。通常增大磨料浓度会增大介电材料的去除速率；其特别能增大低k介电材料(例如碳掺杂的氧化物)的去除速率。例如，如果半导体制造商需要增大的低k电介质去除速率，则通过增大磨料含量可将电介质去除速率增大到所需的水平。
所述磨料的平均粒度优选小于250nm，以防过度的金属凹陷和电介质腐蚀。出于本说明书的目的，粒度表示胶态二氧化硅的平均粒度。最佳的是，所述二氧化硅的平均粒度小于100nm，以进一步减小金属凹陷和电介质腐蚀。具体来说，通过小于75纳米的平均磨料粒度，可以以可接受的速率除去所述阻挡层金属，同时不会过量地除去介电材料。例如，使用平均粒度为20-75纳米的胶态二氧化硅得到最少的电介质腐蚀和金属凹陷。胶态二氧化硅尺寸的减小能够改进溶液的选择性；但是也容易减小阻挡层去除速率。另外，优选的胶态二氧化硅可包含分散剂之类的添加剂以改进二氧化硅在酸性pH值范围内的稳定性。一种这样的磨料是购自法国普提乌斯(Puteaux，France)的AZ电子材料法国S.A.S公司(AZ Electronic Materials France S.A.S.)的胶态二氧化硅。
除了抑制剂以外，使用0-10重量％的络合剂任选地防止非铁金属沉淀。最优选所述浆液包含0.01-5重量％的络合剂。较佳的是，所述络合剂是有机酸。示例性的络合剂包括以下这些：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、琥珀酸、酒石酸、巯基乙酸、甘氨酸、丙氨酸、天门冬氨酸、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、五倍子酸、葡糖酸、邻苯二酚、邻苯三酚、丹宁酸、以及它们的盐。较佳的是，所述络合剂选自乙酸、柠檬酸、乙酰乙酸乙酯、乙醇酸、乳酸、苹果酸、草酸。最佳的是，所述络合剂是柠檬酸。
通过加入总计0.001-10重量％的抑制剂可以减小铜互连的去除速率并保护铜免于静态蚀刻。出于本申请的目的，铜互连表示用包含附带的杂质的铜或铜基合金形成的互连。通过调解抑制剂的浓度，可以通过保护金属免于静态蚀刻而调解铜互连的去除速率。优选所述浆液包含0.002-5重量％的抑制剂。最优选的是，所述溶液包含0.005-2重量％的抑制剂。所述抑制剂可以由抑制剂的混合物组成。吡咯抑制剂对于铜互连是特别有效的。常规的吡咯抑制剂包括苯并三唑(BTA)，巯基苯并噻唑(MBT)，甲苯基三唑和咪唑。BTA是特别有效的用于铜互连的抑制剂，咪唑能够增加铜去除速率。
所述抛光组合物将在酸性和碱性pH值水平下使用余量的水进行使用。较佳的是，所述pH值为8-12，最优选为9-11.5。另外，溶液最优选依赖于余量的去离子水来限制伴随的杂质。氨水、氢氧化钠或氢氧化钾之类的氢氧根离子源能够调解碱性区域的pH值。最优选所述氢氧根离子源是氢氧化钾。
任选地，所述浆液可包含流平剂(例如氯化物，或者具体来说氯化铵)，缓冲剂，分散剂和表面活性剂。例如，所述浆液任选包含0.0001-0.1重量％的氯化铵。氯化铵提供了表面外观的改进，还可通过提高铜去除速率来促进铜的去除。
所述抛光组合物还可任选地包含缓冲剂，例如各种有机和无机碱或其盐，其pKa在大于8至12的pH范围内。所述抛光组合物还可任选地包含消泡剂，例如非离子型表面活性剂，其包括酯、环氧乙烷、醇、乙氧基化物、硅化合物、氟化合物、醚、糖苷和它们的衍生物等。所述消泡剂还可以是两性表面活性剂。所述抛光组合物可以任选地包含杀生物剂，例如考德克斯(Kordex)TM MLX(9.5-9.9％甲基-4-异噻唑啉-3-酮，89.1-89.5％水和≤1.0％的相关的反应产物)或卡森(Kathon)TM ICP III，其包含以下活性组份：2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮和5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮，它们各自通过罗门哈斯公司生产(考德克斯和卡森是罗门哈斯公司的商标)。
较佳的是，通过将所述浆液施加于半导体基片，在抛光垫上施加等于或小于21千帕的向下作用力，从而对半导体基片进行抛光。所述向下作用力表示抛光垫对半导体基片的作用力。所述抛光垫可以是圆形、带形或织网构型。这种低的向下作用力对于从半导体基片除去阻挡层材料、从而对半导体基片进行平面化是特别有效的。最佳的是，所述抛光在小于15千帕的向下作用力下进行。
实施例
下表1中显示了与余量的去离子水混合的一系列浆液(比较浆液A-H以及实施例浆液1-8)。
表1
  浆液   CA(重量％)   PVP(重量％)   添加剂(重量％)   BTA(重量％)   H3PO4(重量％)   pH   二氧化硅(重量％)  H2O2(重量％)
  A   0.3   0.4*   0.02   0.1   10.50   14*   0.4
  B   0.3   0.01多组分表面活性剂   0.02   0.1   10.50   14*   0.4
  C   0.3   0.05多组分表面活性剂   0.02   0.1   10.50   14*   0.4
  D   0.2   0.1**   0.1聚丙烯酸*   0.02   10   14**   0.1
  E   0.2   0.1**   0.1聚丙烯酸**   0.02   10   14**   0.1
  F   0.2   0.1**   0.1CMC*   0.02   10   14**   0.1
  G   0.2   0.1**   0.1CMC**   0.02   10   14**   0.1
  H   0.3   0.4*   0.02   10.50   14*   0.4
  1   0.3   0.4*   0.01多组分表面活性剂   0.02   0.1   10.50   14*   0.4
  2   0.3   0.4*   0.05多组分表面活性剂   0.02   10.50   14*   0.4
  3   0.3   0.4*   0.05多组分表面活性剂   0.06   10.50   14*   0.4
  4   0.3   0.4***   0.05多组分表面活性剂   0.02   10.50   14*   0.4
  5   0.3   0.4***   0.05多组分表面活性剂   0.06   10.50   14*   0.4
  6   0.3   0.4*   0.01多组分表面活性剂   0.02   10.50   14*   0.4
  7   0.3   0.4*   0.03多组分表面活性剂   0.02   10.50   10*   0.4
  8   0.3   0.4*   0.05多组分表面活性剂   0.02   10.50   10*   0.4
CA＝柠檬酸，PVP*＝10K聚乙烯吡咯烷酮，PVP**＝15K聚乙烯吡咯烷酮，PVP***＝55K聚乙烯吡咯烷酮，多组分表面活性剂＝考格尼斯化学集团(Cognis Chemical Group)生产的迪斯泊尼(Disponil)TM FES表面活性剂，NH4Cl＝0.01重量％，聚丙烯酸*＝索卡龙(Sokalon)30，含有0.5重量％的碳酸胍，聚丙烯酸**＝索卡龙250，含有0.5重量％的碳酸胍，CMC*＝布拉诺思(Blanos)7L1C1羧甲基纤维素，含有0.5重量％的碳酸胍，CMC**＝布拉诺思7ULC1羧甲基纤维素，含有0.5重量％的碳酸胍，BTA＝苯并三唑，杀生物剂＝0.005重量％的罗门哈斯公司生产的考德克斯TM MLX(9.5-9.9％的甲基-4-异噻唑啉-3-酮，89.1-89.5％的水和≤1.0％的相关的反应产物)，二氧化硅*＝购自法国普提乌斯的AZ电子材料法国S.A.S公司的1501-50，一种50纳米的二氧化硅，二氧化硅**＝1501-35，购自法国普提乌斯的AZ电子材料法国S.A.S公司的一种35纳米的二氧化硅，pH值用KOH调解。
实施例1
抛光测试使用来自诺威勒斯体系有限公司(Novellus Systems，Inc.)的克罗尔(Coral)TM碳掺杂氧化物(CDO)、TEOS电介质、氮化钽和电镀铜的200毫米片状晶片。使用来自罗门哈斯电子材料CMP技术公司(Rohm and HaasElectronic Materials CMP Technologies)的IC1010TM和凸纹泊莱特克斯TM抛光垫对片状晶片进行抛光而获得形貌数据(topographical data)。
米拉(MIRRA)TM旋转式抛光平台抛光所述片状晶片。第一步铜抛光使用伊特诺(Eternal)浆液EPL2360，在平台1和2上使用IC1010TM圆形凹槽化聚氨酯抛光垫进行抛光，使用奇尼克(Kinik)AD3CG-181060栅格金刚石精整盘。平台1的抛光条件为：平台转速93rpm，支架转速21rpm，向下作用力4psi(27.6千帕)，平台2的条件为：平台转速33rpm，支架转速61rpm，向下作用力3psi(20.7kPa)。平台3的抛光条件为：向下作用力1.5psi(10.3kPa)，平台转速93rpm，支架转速87rpm，浆液流速200毫升/分钟，抛光时使用Hi凸纹泊莱特克斯TM凝结聚氨酯抛光垫。
通过抛光之前和之后的膜厚度计算除去速率。所有光学透明的膜都使用Tencor SM300椭圆光度测量装置进行测量，对于铜设置在170×10-6Ω，对于氮化钽设置在28,000×10-6Ω。使用德克塔克维科(DektakVeeco)V200SL触针表面光度计收集晶片形貌数据。所有报道的去除速率的单位都是埃/分钟。缺陷数据是通过使用ATMI提供的ESC 784清洁之后，由奥博特(Orbot)激光散射缺陷度测量装置和AFM表面粗糙度测量获得的。
表2提供了由一系列抛光添加剂获得的抛光筛选结果。
表2
  浆液   TEOS(埃/分钟)   Cu(埃/分钟)   TaN(埃/分钟)   CDO(埃/分钟)   划痕(数量)   PVP 10K(重量％)  迪斯泊尼FES表面活性剂(重量％)
  A   1139   872   1331   543   90   0.40
  B   1217   1214   1320   538   546   0.01
  C   1230   1664   1407   292   392   0.05
  D   677   1367   957   635
  E   814   1429   1093   753
  F   823   1886   1122   709
  G   811   1685   1091   789
  1   1133   923   1236   367   108   0.40   0.01
划痕＝筛选检测浆液造成的划痕
表2说明了迪斯泊尼TM FES表面活性剂与聚乙烯吡咯烷酮结合使用，提供了极佳的TaN去除速率以及低的CDO或碳掺杂的氧化物去除速率。具体来说，浆液除去TaN的速率至少是CDO去除速率的两倍。另外，如划痕测试所示，所述浆液提供了低水平的晶片缺陷。
实施例2
表3提供了在该实施例的条件下进行的一系列BTA浓度和聚乙烯吡咯烷酮分子量得到的去除和划痕结果。
表3
  浆液   TEOS(埃/分钟)   Cu(埃/分钟)   TaN(埃/分钟)   CDO(埃/分钟)   划痕(数量)   基本(数量)   PVP10K   PVP55K   BTA
  2   1120   408   990   310   54   207   0.4   0.02
  3   1208   233   1148   298   49   169   0.4   0.06
  4   1108   421   939   312   39   141   0.4   0.02
  5   1168   221   1055   306   22   123   0.4   0.06
基本＝缺陷总数；划痕＝筛选检测浆液造成的划痕。
该系列说明BTA能够极佳地控制铜去除速率，同时造成低水平的划痕。另外，低分子量聚乙烯吡咯烷酮提供了TaN去除速率最高的增加。
实施例3
表4中的测试采用1.5psi(10.3kPa)的向下作用力，93rpm的平台转速，87rpm的支架转速，浆液流速为200毫升/分钟，使用该实施例的其它条件。表4提供了来自罗门哈斯电子材料CMP技术公司的浇注维申垫(VisionPad)TM 3100和3500聚氨酯抛光垫的结果(维申垫是罗门哈斯公司或其分公司的商标)。
表4
  浆液   垫   TEOS(埃/分钟)   Cu(埃/分钟)   TaN(埃/分钟)   CDO(埃/分钟)  迪斯泊尼FES表面活性剂(重量％)
  H   VP3100   775   692   1027   666
  H   VP3500   905   830   1159   572
  6   VP3100   676   520   927   418   0.01
  6   VP3500   870   380   1076   422   0.01
  7   VP3100   319   264   608   69   0.03
  7   VP3500   508   300   612   151   0.03
  8   VP3100   308   307   557   50   0.05
  8   VP3500   481   311   569   119   0.05
表4说明浇注聚氨酯抛光垫倾向于增大TaN去除速率：CDO去除速率的选择性比。但是这种选择性的增大会牺牲整体的TaN去除速率。

Claims (10)

1.一种可用来对包括铜互连的半导体基片进行化学机械抛光的水性浆液，所述浆液包含0-25重量％的氧化剂，0.1-50重量％的磨粒，0.001-5重量％的聚乙烯吡咯烷酮，0.00002-5重量％的多组分表面活性剂，0.001-10重量％的用来减少铜互连的静态蚀刻的抑制剂，0-5重量％的用来加快铜互连去除速率的含磷化合物，0.001-10重量％的在抛光过程中形成的络合剂，以及余量的水，所述多组分表面活性剂包含疏水性尾部、非离子型亲水性部分和阴离子型亲水性部分，所述疏水性尾部包含6-30个碳原子，所述非离子型亲水性部分包含10-300个碳原子。
2.如权利要求1所述的水性浆液，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮的重均分子量为1,000-1,000,000。
3.如权利要求1所述的水性浆液，其特征在于，所述浆液包含二氧化硅磨粒。
4.一种可用来对具有铜互连的半导体基片进行化学机械抛光的水性浆液，该浆液包含：0.01-15重量％的氧化剂，0.1-40重量％的二氧化硅磨粒，0.002-3重量％的聚乙烯吡咯烷酮，0.00005-2重量％的多组分表面活性剂，0.002-5重量％的用来减少铜互连的静态蚀刻的吡咯抑制剂，0-3重量％的用来加快铜互连去除速率的含磷化合物，0.01-5重量％的在抛光过程中形成的有机酸络合剂，以及余量的水，所述多组分表面活性剂包含疏水性尾部、非离子型亲水性部分和阴离子型亲水性部分，所述疏水性尾部包含8-20个碳原子，所述非离子型亲水性部分包含20-200个碳原子；所述水性浆液的pH值为8-12。
5.如权利要求4所述的水性浆液，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮的重均分子量为1,000-500,000。
6.如权利要求4所述的水性浆液，其特征在于，所述浆液包含平均粒度小于100纳米的二氧化硅磨粒。
7.如权利要求4所述的水性浆液，其特征在于，所述浆液包含选自以下的含磷化合物：磷酸铵、磷酸钾和磷酸氢二钾。
8.一种可用来对包括铜互连的半导体基片进行化学机械抛光的水性浆液，所述浆液包含0.1-10重量％的氧化剂，0.25-35重量％的二氧化硅磨粒，0.01-2重量％的聚乙烯吡咯烷酮，0.0001-1重量％的多组分表面活性剂，0.005-2重量％的用来减少铜互连的静态蚀刻的苯并三唑抑制剂，0.001-2重量％的用来加快铜互连去除速率的含磷化合物，0.01-5重量％的在抛光过程中形成的有机酸络合剂，以及余量的水，所述多组分表面活性剂包含疏水性尾部、非离子型亲水性部分和阴离子型亲水性部分，所述疏水性尾部包含12-16个碳原子，所述非离子型亲水性部分包含25-150个碳原子；所述水性浆液的pH值为9-11.5。
9.如权利要求8所述的水性浆液，其特征在于，所述络合剂是柠檬酸。
10.如权利要求8所述的水性浆液，其特征在于，所述含磷化合物选自磷酸铵、磷酸钾和磷酸氢二钾。
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