CN101649164A - 化学机械抛光组合物及其相关方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种用来对包含非铁金属的图案化半导体晶片进行化学机械抛光的化学机械抛光组合物。该化学机械抛光组合物包含非铁金属的抑制剂，聚(乙二醇)甲醚(甲基)丙烯酸酯和1－乙烯基咪唑的共聚物，和水。
Description
技术领域
本发明涉及半导体晶片材料的化学机械抛光。更具体来说，本发明涉及化学机械抛光组合物和使用该化学机械抛光组合物在介电材料和阻挡层材料的存在下对半导体晶片上的金属互连件进行抛光的方法。
背景技术
通常，半导体晶片是具有介电层的硅晶片，所述介电层包括多个沟槽，这些沟槽设置在介电层内形成用于电路互连的图案。所述图案设置通常具有镶嵌结构或双镶嵌结构。阻挡层覆盖着所述图案化的介电层，金属层覆盖着所述阻挡层。所述金属层的厚度至少足以填充所述图案化的沟槽，同时金属形成电路互连。
化学机械抛光工艺经常包括多个抛光步骤。例如，第一步以初始高速率除去过量的互连金属，例如铜。第一步去除之后，可以通过第二步抛光除去残留在阻挡层之上、金属互连以外的金属。随后的抛光从半导体晶片的下面的介电层除去阻挡层，在介电层和金属互连上提供平坦的抛光表面。
半导体基片上的沟槽或凹槽中的金属提供形成金属电路的金属线。一个有待克服的问题是，所述抛光操作会从各个沟槽或凹槽除去金属，导致这些金属产生凹陷。产生凹陷是不希望的，因为这会导致金属电路临界尺寸的变化。为了减少产生凹陷，人们在较低的抛光压力下进行抛光。但是，如果仅仅减小抛光压力，将会使得抛光需要持续更长的时间。但是，在整个延长的持续时间中会持续产生凹陷。
美国专利第7,086,935号(Wang)描述了将包含以下组分的无磨料铜配剂用于图案化的晶片：甲基纤维素，丙烯酸/甲基丙烯酸共聚物，苯并三唑(BTA)以及可混溶的溶剂。Wang所描述的配剂能够除去铜并对铜进行清洁，同时产生很低的铜凹陷，但是在迅速的抛光过程中，配剂会在抛光垫和晶片上沉淀绿色的Cu-BTA化合物。由于这些沉淀物的出现，需要对抛光垫进行抛光后清洁，以避免与这种胶状沉淀物有关的抛光去除速率降低；并需要对晶片进行抛光后清洁以免产生缺陷。这些额外的清洁步骤需要强效而昂贵的清洗溶液，而且具有因延迟晶片产出而引起的相关的“拥有成本(cost of ownership)”。
发明内容
因此，仍然需要一种化学机械抛光组合物，该组合物能够实现高去除速率、低凹陷，并且在短时间的第二步抛光后留下除去互连金属残余物的表面。
在本发明的一方面，提供一种可用来对包含铜互连金属的图案化半导体晶片进行化学机械抛光的化学机械抛光组合物，其包含：0.01-15重量％的铜互连金属的抑制剂；0.005-5重量％的聚(乙二醇)甲醚(甲基)丙烯酸酯和1-乙烯基咪唑的共聚物；和水；其中所述化学机械抛光组合物具有酸性pH。
在本发明的另一方面，提供一种可用来对包含铜互连金属的图案化半导体晶片进行化学机械抛光的化学机械抛光组合物，其包含：0.01-15重量％的铜互连金属的抑制剂；0.005-5重量％的聚(乙二醇)甲醚(甲基)丙烯酸酯和1-乙烯基咪唑的共聚物；0.05-20重量％的符合以下通式I的水溶性酸化合物：
其中R是氢或含碳化合物；0.01-15重量％的铜互连金属的络合剂；0.01-15重量％的磷化合物；0-25重量％的氧化剂；和水；其中所述化学机械抛光组合物具有酸性pH。
在本发明的另一方面，提供一种可用来对包含铜互连金属的图案化半导体晶片进行化学机械抛光的化学机械抛光组合物，其包含：铜互连金属的抑制剂；0.001-15重量％的水溶性纤维素；0.05-20重量％的符合以下通式I的水溶性酸化合物：
其中R是氢或含碳化合物；0.005-5重量％的聚(乙二醇)甲醚(甲基)丙烯酸酯和1-乙烯基咪唑的共聚物；0.01-15重量％的铜互连金属的络合剂；0.01-15重量％的磷化合物；0-25重量％的氧化剂；和水；其中所述化学机械抛光组合物具有酸性pH。
在本发明的另一方面，提供一种可用来对包含非铁金属的图案化半导体晶片进行化学机械抛光的化学机械抛光组合物，其包含：0.01-15重量％的非铁金属的抑制剂；0.005-5重量％的聚(乙二醇)甲醚(甲基)丙烯酸酯和1-乙烯基咪唑的共聚物；和水；其中所述化学机械抛光组合物具有酸性pH。
在本发明的另一方面，提供一种可用来对包含非铁金属的图案化半导体晶片进行化学机械抛光的化学机械抛光组合物，其包含：非铁金属的抑制剂；0.001-15重量％的水溶性纤维素；0.05-20重量％的符合以下通式I的水溶性酸化合物：
其中R是氢或含碳化合物；0.005-5重量％的聚(乙二醇)甲醚(甲基)丙烯酸酯和1-乙烯基咪唑的共聚物；0.01-15重量％的非铁金属的络合剂；0.01-15重量％的磷化合物；0-25重量％的氧化剂；和水；其中所述化学机械抛光组合物具有酸性pH。
在本发明的另一方面，提供一种对包含非铁金属的半导体晶片进行化学机械抛光的方法，其包括：(a)提供一种化学机械抛光组合物，其包含1-25重量％的氧化剂，0.01-15重量％的非铁金属的抑制剂，0.005-5重量％的聚(乙二醇)甲醚(甲基)丙烯酸酯和1-乙烯基咪唑的共聚物，和水，其中所述化学机械抛光组合物具有酸性pH；(b)提供化学机械抛光垫；(c)提供含非铁金属的半导体晶片；(d)在化学机械抛光垫和半导体晶片之间产生动态接触；(e)将抛光溶液分配到化学机械抛光垫与半导体晶片之间的界面处或界面附近。
在本发明的另一方面，提供一种对包含非铁金属的半导体晶片进行化学机械抛光的方法，其包括：(a)提供一种化学机械抛光组合物，其包含氧化剂，非铁金属的抑制剂，0.001-15重量％的水溶性纤维素，0.05-20重量％的符合以下通式I的水溶性酸化合物：
其中R是氢或含碳化合物，0.005-5重量％的聚(乙二醇)甲醚(甲基)丙烯酸酯和1-乙烯基咪唑的共聚物，0.01-15重量％的非铁金属的络合剂，0.01-15重量％的磷化合物，1-25重量％的氧化剂，和水，其中所述化学机械抛光组合物具有酸性pH；(b)提供化学机械抛光垫；(c)提供含非铁金属的半导体晶片；(d)在化学机械抛光垫和半导体晶片之间产生动态接触；(e)将抛光溶液分配到化学机械抛光垫与半导体晶片之间的界面处或界面附近。
具体实施方式
当对半导体晶片进行化学机械抛光时，本发明的化学机械抛光组合物和方法提供良好的金属去除速率，良好的金属清洁和低金属互连凹陷，所述化学机械抛光组合物包含：抑制剂；水溶性改性纤维素；符合通式I的水溶性酸化合物：
其中R是氢或含碳化合物；聚(乙二醇)甲醚(甲基)丙烯酸酯和1-乙烯基咪唑的共聚物；任选的铜互连金属的络合剂；任选的磷化合物；任选的氧化剂；和余量的水。添加所述水溶性酸化合物可以减少由Cu-BTA(Cu+1)沉淀造成的绿斑。
对本说明书来说，Cu-BTA沉淀包括非液态物质，例如固体、凝胶和聚合物，可以包括Cu+2离子，尖晶石沉淀、类尖晶石沉淀和杂质。从抛光经验得知，当抛光条件下铜离子(+1)和BTA的产物的浓度超过Ksp的时候，会形成不溶性Cu-BTA沉淀。根据以下平衡表达式(1)，Cu-BTA的沉淀会在酸性抛光溶液中发生：
BTAH+Cu+←(慢) (快)→Cu-BTA+H+(1)
本发明的化学机械抛光组合物包含抑制剂，以控制通过静态蚀刻或其它去除机理去除非铁金属如铜互连的速率。调节抑制剂的浓度可以通过保护金属免于静态蚀刻而调节互连金属的去除速率。较佳的是，所述化学机械抛光组合物包含0.01-15重量％的抑制剂。最佳的是，所述化学机械抛光组合物包含0.2-1.0重量％的抑制剂。在一些实施方式中，所述抑制剂包括抑制剂的混合物。在一些实施方式中，抑制剂选自唑类抑制剂，它们对抛光具有铜和银互连的晶片特别有效。在这些实施方式的一些方面，抑制剂选自苯并三唑(BTA)、巯基苯并三唑(MBT)、甲苯基三唑(TTA)、咪唑和它们的组合。唑类抑制剂的组合能够加快或减慢铜去除速率。在这些实施方式的一些方面，抑制剂是BTA，它是铜和银的特别有效的抑制剂。
本发明的化学机械抛光组合物包含聚(乙二醇)甲醚(甲基)丙烯酸酯和1-乙烯基咪唑的共聚物。在一些实施方式中，所述化学机械抛光组合物包含0.005-5重量％、优选0.05-1重量％、更优选0.05-0.5重量％、更加优选0.09-0.25重量％的9∶1-1∶9、优选5∶1-1∶5、更优选3∶1-1∶3、更加优选2∶1-1∶2、再更优选1.5∶1-1∶1.5、再更加优选1.2∶1-1∶1.2、最优选1∶1(基于重量)的聚(乙二醇)甲醚(甲基)丙烯酸酯和1-乙烯基咪唑的共聚物。在一些实施方式中，所述化学机械抛光组合物包含0.005-5重量％、优选0.05-1重量％、更优选0.05-0.5重量％、更加优选0.09-0.25重量％的9∶1-1∶9、优选5∶1-1∶5、更优选3∶1-1∶3、更加优选2∶1-1∶2、再更优选1.5∶1-1∶1.5、再更加优选1.2∶1-1∶1.2、最优选1∶1(基于重量)的聚(乙二醇)甲醚(甲基)丙烯酸酯和1-乙烯基咪唑的共聚物。在一些实施方式中，所述化学机械抛光组合物包含0.005-5重量％、优选0.05-1重量％、更优选0.05-0.5重量％、更加优选0.09-0.25重量％的9∶1-1∶9、优选5∶1-1∶5、更优选3∶1-1∶3、更加优选2∶1-1∶2、再更优选1.5∶1-1∶1.5、再更加优选1.2∶1-1∶1.2、最优选1∶1(基于重量)的聚(乙二醇)甲醚(甲基)丙烯酸酯和1-乙烯基咪唑的共聚物。在一些实施方式中，所述化学机械抛光组合物包含0.005-5重量％、优选0.05-1重量％、更优选0.05-0.5重量％、更加优选0.09-0.25重量％的9∶1-1∶9、优选5∶1-1∶5、更优选3∶1-1∶3、更加优选2∶1-1∶2、再更优选1.5∶1-1∶1.5、再更加优选1.2∶1-1∶1.2、最优选1∶1(基于重量)的聚(乙二醇)甲醚(甲基)丙烯酸酯和1-乙烯基咪唑的共聚物，其重均分子量Mw为5,000-1,000,000，优选为5,000-500,000，更优选为10,000-250,000，更加优选为10,000-100,000，再更优选为10,000-50,000，再更加优选为20,000-40,000。在一些实施方式中，所述化学机械抛光组合物包含0.005-5重量％、优选0.05-1重量％、更优选0.05-0.5重量％、更加优选0.09-0.25重量％的9∶1-1∶9、优选5∶1-1∶5、更优选3∶1-1∶3、更加优选2∶1-1∶2、再更优选1.5∶1-1∶1.5、再更加优选1.2∶1-1∶1.2、最优选1∶1(基于重量)的聚(乙二醇)甲醚(甲基)丙烯酸酯和1-乙烯基咪唑的共聚物，其重均分子量Mw为5,000-1,000,000，优选为5,000-500,000，更优选为10,000-250,000，更加优选为10,000-100,000，再更优选为10,000-50,000，再更加优选为20,000-40,000。
本发明的化学机械抛光组合物任选地包含水溶性纤维素。在一些实施方式中，所述化学机械抛光组合物包含0-15重量％、优选0.001-15重量％、更优选0.005-5重量％、更加优选0.01-3重量％的水溶性纤维素。在本发明的一些实施方式中，水溶性纤维素是用羧酸官能团改性的水溶性改性纤维素。示例性的改性纤维素包括阴离子树胶，例如以下的至少一种：琼脂胶、阿拉伯胶、茄替胶、刺梧桐树胶、瓜耳胶、果胶、刺槐豆胶、黄蓍胶，罗望子胶、鹿角菜胶以及黄原胶；改性淀粉；藻酸；甘露糖醛酸；古洛糖醛酸(guluronic acid)，以及它们的衍生物和共聚物。在这些实施方式的一些方面，所述水溶性改性纤维素是羧甲基纤维素(CMC)。在这些实施方式的一些方面，CMC的取代度为0.1-3.0，重均分子量Mw为1,000-1,000,000。在这些实施方式的一些方面，CMC的取代度为0.7-1.2，重均分子量为40,000-250,000。对本说明书来说，CMC的取代度是纤维素分子中每个脱水葡萄糖单元上被取代的羟基的数目。取代度可以看作是CMC中羧酸基团的“密度”的度量。
本发明的化学机械抛光组合物任选地包含符合通式I的水溶性酸化合物：
式中R是氢或含碳化合物。这些酸化合物能够与具有一价(+1)和二价(+2)铜离子的铜离子络合。在抛光过程中，水溶性酸化合物似乎能够与足够数量的铜离子络合，减少Cu-BTA沉淀的生成，控制下式(2)所示Cu+2离子的生成速率：
2Cu+→Cu0+Cu+2 (2)
在本发明的一些实施方式中，所述化学机械抛光组合物包含0-20重量％、优选0.05-20重量％、更优选0.1-10重量％的通式I的水溶性酸化合物。
在本发明的一些实施方式中，所述化学机械抛光组合物包含≥0.4重量％、优选≥0.4至5重量％的通式I的水溶性酸化合物。在这些实施方式的一些方面，符合通式I的水溶性酸化合物选自亚氨基二乙酸(IDA)、乙二胺四乙酸(EDTA)和它们的组合。在这些实施方式的一些方面，符合通式I的水溶性酸化合物是EDTA。在这些实施方式的一些方面，符合通式I的水溶性酸化合物是IDA。
本发明的化学机械抛光组合物任选地包含非铁金属的络合剂。所述络合剂能够促进金属膜(例如铜)的去除速率。在一些实施方式中，所述化学机械抛光组合物包含0-15重量％、优选0.01-15重量％、更优选0.1-1重量％的络合剂。示例性络合剂包括例如乙酸、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、包括它们的盐和混合物。在这些实施方式的一些方面，所述络合剂选自乙酸、柠檬酸、乙酰乙酸乙酯、羟基乙酸、乳酸、苹果酸、草酸以及它们的组合。在这些实施方式的一些方面，络合剂是苹果酸。
本发明的化学机械抛光组合物任选地包含含磷化合物。在一些实施方式中，所述化学机械抛光组合物包含0-15重量％、优选0.01-15重量％、更优选0.05-10重量％、更加优选0.1-5重量％、再更优选0.3-2重量％的含磷化合物。对本说明书来说，“含磷”化合物是任何含有磷原子的化合物。在一些实施方式中，含磷化合物选自磷酸类、焦磷酸类、多磷酸类、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。在这些实施方式的一些方面，含磷化合物选自磷酸锌、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。在这些实施方式的一些方面，含磷化合物选自氧化膦、硫化膦和(五价)磷烷(phosphorinane)，以及膦酸类、亚磷酸类、次膦酸类，包括它们的酸、盐、混酸盐、酯、偏酯和混合酯。在一些实施方式中，所述含磷化合物是磷酸铵。在一些实施方式中，所述含磷化合物是磷酸二氢铵。
本发明的化学机械抛光组合物任选地包含氧化剂。在一些实施方式中，所述化学机械抛光组合物包含0-25重量％、优选1-25重量％、更优选5-10重量％的氧化剂。在一些实施方式中，所述氧化剂选自过氧化氢(H2O2)、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、Mn(III)、Mn(IV)和Mn(VI)盐、银盐、铜盐、铬盐、钴盐、卤素、次氯酸盐以及它们的混合物。在一些实施方式中，所述氧化剂是过氧化氢。当化学机械抛光组合物包含不稳定的氧化剂(例如过氧化氢)的时候，优选在使用的时候将氧化剂混入所述化学机械抛光组合物中。
本发明的化学机械抛光组合物优选依赖于余量的去离子水或蒸馏水来限制伴随的杂质。
本发明的化学机械抛光组合物在宽pH范围内有效。本发明的化学机械抛光组合物的可用pH范围为2-5。在本发明的一些实施方式中，所述化学机械抛光组合物在使用时的pH为2-5，优选为2-4，更优选为2.5-4。适用于调节本发明的化学机械抛光组合物的pH值的酸包括例如：硝酸、硫酸、盐酸和磷酸。适用于调节本发明的化学机械抛光组合物的pH值的碱包括例如：氢氧化铵和氢氧化钾。
本发明的化学机械抛光组合物任选地包含磨料。在本发明的一些实施方式中，化学机械抛光组合物包含0-3重量％的磨料。在这些实施方式的一些方面，化学机械抛光组合物包含≤1重量％的磨料。在本发明的一些方面，化学机械抛光组合物是不含磨料的。
适用于本发明的磨料包括例如平均粒度≤500纳米(nm)、优选≤100纳米、更优选≤70纳米的磨料。对本说明书来说，粒度表示磨料的平均粒度。在一些实施方式中，磨料选自胶体磨料，其可包括添加剂，例如分散剂、表面活性剂、缓冲剂和生物杀灭剂，以提高胶体磨料的稳定性(例如，来自AZ电子材料公司(AZ Electronic Materials)的Klebosol
胶体二氧化硅)。在一些实施方式中，磨料选自火成磨料、沉淀磨料和附聚磨料。在一些实施方式中，磨料选自无机氧化物、无机氢氧化物、无机氢氧化氧化物、金属硼化物、金属碳化物、金属氮化物、聚合物颗粒、以及包含至少一种上述物质的混合物。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)、氧化钛(TiO2)，或者包含至少一种上述氧化物的组合。合适的无机氢氧化氧化物包括例如氢氧化氧化铝(“勃姆石”)。如果需要，也可使用这些无机氧化物的改良形式，例如有机聚合物涂覆的无机氧化物颗粒和无机涂覆的颗粒。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、或包含上述金属碳化物、硼化物和氮化物中的至少一种的组合。如果需要，还可使用金刚石作为磨料。可替代的磨料还包括聚合物颗粒、涂覆的聚合物颗粒、以及表面活性剂稳定的颗粒。如果使用磨料，则优选的磨料是二氧化硅。
本发明的化学机械抛光组合物和方法特别适用于对具有铜互连的半导体晶片进行化学机械抛光。但是，本发明人相信本发明的化学机械抛光组合物也适用于抛光含其它导电性金属互连(例如铝、钨、铂、钯、金或铱)、阻挡膜或内衬膜(例如钽、氮化钽、钛或氮化钛)和下面介电层的半导体晶片。对本说明书来说，术语电介质表示具有介电常数k的半导体材料，包括低k和超低k介电材料。本发明的化学机械抛光组合物和方法能够极好地防止多种晶片构件的腐蚀，例如多孔和非多孔低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)，以及源自TEOS的二氧化硅。本发明的化学机械抛光组合物还可用于ECMP(电化学机械抛光)。
现在将在以下实施例中详细描述本发明的一些实施方式。
实施例
实施例1：共聚物合成
在5升装有氮气吹扫、搅拌器和温度控制装置的关闭的间歇反应器中制备1∶1(重量比)的聚(乙二醇)甲醚甲基丙烯酸酯和1-乙烯基咪唑的共聚物。关闭反应器，用氮气吹扫，以在反应器内形成氮气气氛。然后，将去离子水(1,800克)加入反应器中，将反应器内物质加热到85℃。在将反应器内物质保持在85℃的同时，在120分钟内向反应器中逐渐加入含去离子水(170.3克)、聚(乙二醇)甲醚甲基丙烯酸酯(425.4克)和1-乙烯基咪唑(425.3克)的单体混合物。在140分钟内，将含去离子水(388.4克)、取代的偶氮腈化合物(Vazo
可购自杜邦(Du Pont))(25.6克)和氢氧化铵(63.9克)的混合物的引发剂进料与单体混合物进料一起逐渐加入反应器中。在引发剂进料完成后，将反应器内物质在85℃保持三十分钟，然后向反应器中一次性追加含去离子水(85.2克)、取代的偶氮腈化合物(Vazo
可购自杜邦)(4.3克)和氢氧化铵(21.3克)的混合物的物料。然后，将反应器内物质在85℃保持120分钟，然后将另外425.1克去离子水加入反应器中。然后，使反应器内的物质冷却到～60℃。然后，从反应器内物质中分离出产物共聚物。
实施例2：抛光测试：
两种化学机械抛光组合物用于实施例2中。两种化学机械抛光组合物含0.30重量％的BTA、0.22重量％的苹果酸、0.32重量％的羧甲基纤维素(CMC)、1.3重量％的亚氨基二乙酸(IDA)、2重量％的磷酸二氢铵和9重量％的过氧化氢。第一化学机械抛光组合物(组合物1)还包含0.10重量％的按照实施例1制备的1∶1(重量比)的聚(乙二醇)甲醚甲基丙烯酸酯和1-乙烯基咪唑的共聚物，该共聚物重均分子量Mw约为36,000。第二化学机械抛光组合物(组合物2)还包含0.20重量％的按照实施例1制备的1∶1(重量比)的聚(乙二醇)甲醚甲基丙烯酸酯和1-乙烯基咪唑的共聚物，该共聚物重均分子量Mw约为36,000。过氧化氢是在使用前最后加入化学机械抛光组合物的组分。所提到的化学机械抛光组合物的组分浓度是在使用时的浓度。在加入过氧化氢前，用硝酸将化学机械抛光组合物的pH调节到4.1。加入过氧化氢后pH约为3.9。
表1给出了用组合物1确定的铜去除速率数据。使用应用材料有限公司(Applied Materials，Inc.)的Mirra 200mm抛光机，该抛光机装有ISRM检测器系统，使用IC1010TM聚氨酯抛光垫(罗门哈斯电子材料CMP有限公司(Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.))，在表1提供的向下力条件下进行测量铜去除速率的实验，其中抛光溶液的流速为160毫升/分钟，台板转速为100转/分钟，支架转速为94转/分钟。对使用的覆铜晶片进行电镀，厚度为15千埃(可从斯莱伯(Silyb)商购)使用约旦谷(JordanValley)JVX-5200T计量工具确定铜去除速率。铜去除实验各自重复进行。表1的数据是重复实验的平均值。
表1
| 向下力(磅/英寸 2 ) | 铜去除速率(埃/分钟) |
| 1 | 3862 |
| 1.5 | 5302 |
| 2 | 5850 |
| 2.5 | 6710 |
表2提供了在具有铜互连和MIT-754图案的300毫米图案晶片(可购自ATDF)上使用组合物1和组合物2得到的铜去除速率和产生凹陷特性。使用应用材料有限公司(Applied Materials，Inc.)的Reflexion 300毫米抛光机，该抛光机装有ISRM检测器系统，使用CUP4410聚氨酯抛光垫(在台板1上)和IC1010TM聚氨酯抛光垫(在台板2上)(两种抛光垫都购自罗门哈斯电子材料CMP有限公司)，在1.5磅/英寸2(10.3千帕)的向下力条件下(除非另有说明)进行实验，其中抛光溶液的流速为250毫升/分钟，台板转速为77转/分钟，支架转速为71转/分钟。使用DiagridAD3BG-150855金刚石垫调理器(可购自克尼可公司(Kinik Company))调理两种抛光垫。使用约旦谷(Jordan Valley)JVX-5200T计量工具确定铜去除速率。表2中给出的产生凹陷特性是使用VeecoDimension Vx 310原子力轮廓仪(AFP)确定的。
表2
| 组合物 | 铜去除速 率(埃/分 钟) | 中心(埃) | 中间(埃) | 右边(埃) | 左边(埃) |
| 1 | 4,600 | 300 | 330 | 480 | 430 |
| 2 | 5,569 | 540 | 420 | 500 | 440 |
Claims (10)
1.一种可用来对包含铜互连金属的图案化半导体晶片进行化学机械抛光的化学机械抛光组合物，其包含：0.01-15重量％的铜互连金属的抑制剂；0.005-5重量％的聚(乙二醇)甲醚(甲基)丙烯酸酯和1-乙烯基咪唑的共聚物；和水；其中所述化学机械抛光组合物具有酸性pH。
2.如权利要求1所述的化学机械抛光组合物，其特征在于，所述共聚物是9∶1-1∶9(基于重量)的聚(乙二醇)甲醚甲基丙烯酸酯和1-乙烯基咪唑的共聚物，所述共聚物的重均分子量为5,000-1,000,000。
3.如权利要求1所述的化学机械抛光组合物，还包含1-25重量％的氧化剂。
4.如权利要求1所述的化学机械抛光组合物，还包含0.001-15重量％的水溶性纤维素。
5.如权利要求1所述的化学机械抛光组合物，还包含0.01-15重量％的络合剂。
6.如权利要求1所述的化学机械抛光组合物，还包含0.01-15重量％的含磷化合物。
7.如权利要求1所述的化学机械抛光组合物，其特征在于，所述化学机械抛光组合物是不含磨料的。
8.如权利要求1所述的化学机械抛光组合物，还包含0.05-20重量％的符合以下通式I的水溶性酸化合物：
其中R是氢或含碳化合物；0.01-15重量％的铜互连金属的络合剂；0.01-15重量％的磷化合物；0-25重量％的氧化剂。
9.一种可用来对包含非铁金属的图案化半导体晶片进行化学机械抛光的化学机械抛光组合物，其包含：0.01-15重量％的非铁金属的抑制剂；0.005-5重量％的聚(乙二醇)甲醚(甲基)丙烯酸酯和1-乙烯基咪唑的共聚物；和水；其中所述化学机械抛光组合物具有酸性pH。
10.一种对包含非铁金属的半导体晶片进行化学机械抛光的方法，其包括：(a)提供一种化学机械抛光组合物，其包含1-25重量％的氧化剂，0.01-15重量％的非铁金属的抑制剂，0.005-5重量％的聚(乙二醇)甲醚(甲基)丙烯酸酯和1-乙烯基咪唑的共聚物，和水，其中所述化学机械抛光组合物具有酸性pH；(b)提供化学机械抛光垫；(c)提供含非铁金属的半导体晶片；(d)在化学机械抛光垫和半导体晶片之间产生动态接触；(e)将抛光溶液分配到化学机械抛光垫与半导体晶片之间的界面处或界面附近。
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