[发明专利]使用无机氧化物磨料提高铜的平面化的组合物和方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体晶片材料的化学机械平面化(CMP)，更具体来说，涉及在电介质和阻挡层材料的存在下，用来将铜互连(interconnect)从半导体晶片上抛光除去的CMP组合物和方法。

背景技术

通常半导体晶片包括硅晶片和介电层，所述介电层包括多个沟槽，这些沟槽排列形成图案，用于介电层内的电路互连。所述图案排列经常具有波形结构或双重波形结构。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用金属填充所述图案化的沟槽，以形成电路互连。

CMP过程经常包括多个抛光步骤。例如，第一步从下面的阻挡层和介电层上除去金属层。所述第一步抛光除去了金属层，同时在晶片上留下平滑的平坦表面，其中包括填充了金属的沟槽，该沟槽提供与抛光后的表面相平的电路互连。第一步抛光以初始高速度除去了过量的互连金属，例如铜。第一步去除过程之后，第二步抛光可除去半导体晶片上剩余的阻挡层。这第二步抛光从下面的半导体晶片的介电层上除去阻挡层，在介电层上提供平坦的抛光表面。CMP通常以大约3psi(20.68千帕)的向下压力进行。

遗憾的是，向超低k介电膜的转变需要CMP在更低的压力下进行，以免膜分层。但是，减小向下的压力会对CMP的整体性能(包括抛光速率)造成负面影响。例如，对于常规的第一步浆液，当压力减小到大约1psi的时候，抛光速率减小到大约1000/分钟，而当压力为3psi(20.68千帕)的时候，抛光速率约为3000/分钟。因此，当压力减小的时候，生产量受到显著影响。另外，在低压力下，平面化时间也会受到负面影响。例如，在低的压力下，平面化时间可能超过“穿透”时间，具体来说是到达阻挡层。换而言之，在穿透之前晶片的某些区域不会被完全平面化，这些区域可能由于未平面化的步骤而产生不希望有的凹陷。

Kaufman等人(美国专利第6620037号)揭示了一种用于抛光铜的常规浆液组合物。Kaufman的组合物不需要使用成膜剂(例如BTA)，以期提高抛光速率。但是该组合物仍然需要等于或大于3psi(20.68千帕)的向下压力以有效地除去铜(Kaufman的组合物在20.68千帕的向下压力之下提供2346/分钟的抛光速率)。因此，Kaufman的发明仍然存在上述问题。

因此，人们仍然需要用来有效抛光铜互连的改进的抛光组合物和方法，所述抛光的向下压力减小，而且平面化效率获得提高。具体来说，在超低介电应用中，人们需要能够以等于和小于1psi(6.89千帕)的向下压力有效地抛光铜互连的组合物和方法的。

发明内容

在第一方面，本发明提供了一种可以在小于20.68千帕的向下压力之下对半导体晶片上的铜进行有效抛光的水性组合物，所述水性组合物包含0.1-15重量％的氧化剂、0.001-5重量％的用于有色金属的抑制剂、0.001-10重量％的用于有色金属的络合剂、0.01-5重量％的羧酸聚合物、0.01-5重量％的改性纤维素、0.001-10重量％的含磷化合物、以及0.001-10重量％的勃姆石磨料，所述勃姆石加快了铜的平面化速率。

在第二方面，本发明提供了可用来对半导体晶片上的铜进行有效抛光的水性组合物，该水性组合物包含0.1-15重量％的氧化剂、0.001-5重量％的用于有色金属的抑制剂、0.001-10重量％的用于有色金属的络合剂、0.01-5重量％的羧酸聚合物、0.01-5重量％的改性纤维素、0.001-10重量％的含磷化合物、以及0.02-1％的勃姆石磨料，所述勃姆石加快了铜的平面化速率。

在第三方面，本发明提供了用来从半导体晶片上抛光除去铜的方法，该方法包括：使所述晶片与抛光组合物接触，所述晶片包含铜，所述抛光组合物包含0.1-15重量％的氧化剂、0.001-5重量％的用于有色金属的抑制剂、0.001-10重量％的用于有色金属的络合剂、0.01-5重量％的羧酸聚合物、0.01-5重量％的改性纤维素、0.001-10重量％的含磷化合物、以及0.001-10重量％的勃姆石磨料；使用抛光垫以小于20.68千帕的向下压力对晶片施压；使用所述抛光垫抛光所述晶片，所述勃姆石加快了铜的平面化速率。

具体实施方式