[发明专利]抛光组合物

说明书

本发明提供一种抛光组合物，其在与已知的CMP组合物相比降低的凹陷减少剂(DR)水平下实现了最小限度的凹陷。本公开的组合物包含允许组合物中凹陷减少剂水平较低的动态表面张力降低剂(DSTR)。实际上，本公开的组合物允许较低水平的凹陷减少剂实现与具有较高水平的凹陷减少剂的已知组合物相同的凹陷。因此当采用本公开的组合物时，避免了高DR水平的有害作用或使其最小化。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年12月30日提交的美国临时申请序列号62/440,649的权益，其通过引用并入本文。

技术领域

本公开内容总体上涉及抛光组合物和使用本文所述的组合物对半导体衬底进行抛光的方法。更特别地，本公开内容涉及化学机械抛光组合物和用于从半导体衬底上去除铜层的方法，其中所述组合物包含协同的表面活性剂组合。

背景技术

被称为化学机械抛光(CMP)的工艺包括使用抛光垫(polish pad)和抛光浆料对半导体晶片上的不同金属层或非金属层进行抛光。铜是在半导体制造中用于形成互连的常用材料。一旦通过例如镶嵌工艺(damascene process)形成铜嵌入结构，就通过抛光并清除嵌入线之间的铜和阻挡金属而产生分离的铜线。铜和阻挡层CMP包括铜和阻挡层的抛光。期望以高的材料去除速率对晶片进行抛光以提高生产量，同时仍保持良好的晶片特性，例如低的整体缺陷数目。

典型的铜CMP工艺由3个工艺步骤组成。首先，以相对高的向下力对电镀铜上覆盖层(overburden)(根据技术节点，厚度最多至2μm)进行快速抛光，留下一些量的铜，直到沉积物形貌完全平坦化(参见图1a)。生产量和平坦化效率以及低缺陷是关键需求。以较低的向下力对第一步期间完全平坦化之后的剩余铜的上覆盖层进行抛光，在阻挡层上停止(图1b)。

在以上第二抛光工艺中，出现被称为凹陷的现象，其中导电膜的顶表面水平降低。这被认为是归因于由每个第一常规抛光组合物抛光含铜金属的能力过高引起的导电膜的过度去除。凹陷减小了配线的截面积，从而导致配线电阻的增加。凹陷还损害了半导体器件表面的平坦性，从而使得难以在半导体器件中形成多层膜配线。

CMP工艺的目标是从阻挡金属上清除所有的铜，但在嵌入的铜线上实现显著低的凹陷，同时具有非常低的缺陷和改善的表面粗糙度。为此，已向CMP组合物中添加了用作凹陷减少剂(DR)的化合物。尽管这种方法已取得了一些成功，但是当凹陷减少剂的浓度太高时，残留在晶片上的铜残留物会成为问题。

发明内容

本公开内容提供了化学机械抛光(CMP)组合物，其即使在与其他CMP组合物相比降低的凹陷减少剂(DR)水平下也实现了最小限度的凹陷。本公开的组合物还包括允许组合物中DR水平较低的动态表面张力降低剂(dynamic surface tension reducer，DSTR)。事实上，本公开的组合物允许较低量的DR实现与具有较高DR水平的其他组合物相同的凹陷减少。因此，当采用本公开的组合物时，避免了高DR水平的有害作用或使其最小化。

在一个实施方案中，提供了组合物，其包含：

a)磨料；

b)包含磷酸酯/盐的第一表面活性剂；

c)包含炔属化合物的第二表面活性剂；

d)配位剂；

e)至少一种唑；

f)任选地pH调节剂；和

f)水。

在一些实施方案中，提供了组合物，其包含：

a)约0.01重量％至约10重量％的磨料；

b)约0.001重量％至约0.1重量％的包含磷酸酯/盐的第一表面活性剂；