專(zhuān)利名稱(chēng)：：用于銅的化學(xué)機(jī)械平坦化的組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明通常涉及半導(dǎo)體晶片上金屬基底(例如銅基底)的化學(xué)機(jī)械平坦化(chemical-mechanicalplanarization，CMP)及用于這些目的的漿料組合物(slurrycomposition)。具體地，本發(fā)明涉及有效應(yīng)用于銅CMP并在CMP加工后的拋光基底上產(chǎn)生低缺陷水平(defectivitylevels)的CMP漿料組合物。對(duì)于其中期望在平坦化的基底上實(shí)現(xiàn)低缺陷水平的步驟2銅CMP，本發(fā)明尤其有用。
背景技術(shù)：
：用于半導(dǎo)體基底平坦化的化學(xué)機(jī)械平坦化(化學(xué)機(jī)械拋光，CMP)目前對(duì)所屬領(lǐng)域技術(shù)人員是眾所周知的，并在許多專(zhuān)利和公開(kāi)文獻(xiàn)出版物上已有描述。關(guān)于CMP的介紹性的參考文獻(xiàn)如下G.B.Shinn等，"Chemical-MechanicalPolish",第15章，415~460頁(yè)，HandbookofSemiconductorManufacturingTechnology,編輯Y.Nishi和R.Doering,MarcelDekker,NewYorkCity(2000)。在典型的CMP方法中，使基底(例如，晶片)與安裝在臺(tái)板上的旋轉(zhuǎn)拋光墊相接觸。在基底的CMP加工過(guò)程中，將CMP漿料，典型地是研磨劑化學(xué)反應(yīng)性混合物，提供給研磨墊。在CMP方法中，所述墊(固定于臺(tái)板)和基底旋轉(zhuǎn)，同時(shí)晶片承栽系統(tǒng)或拋光頭向基底施加壓力(向下的力)。由于所述墊相對(duì)于基底旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的作用，所述漿料通過(guò)與正在被平坦化的基底膜的化學(xué)和機(jī)械相互作用完成平坦化(拋光)方法。對(duì)于使基底有效平坦化的一般目標(biāo)，按這種方式繼續(xù)拋光直到除去基底上期望的膜。典型的金屬CMP漿料包含懸浮在氧化性含水介質(zhì)中的研磨材料，例如二氧化硅或氣化鋁。硅基半導(dǎo)體器件，例如集成電路(IC)，典型地包含可以是低k介電材料、二氧化硅或其它材料的介電層(dielectriclayer)。典型地由鋁或鋁合金或銅形成的多層電路線(xiàn)跡(multilevelcircuittraces),被布置到(patternedontoX氐k或二氧4乜》圭基底上。CMP加工通常用于在半導(dǎo)體加工的不同階段除去和平坦化多余的金屬。例如，一種在二氧化硅基底上制備多層銅互連或平面銅電路線(xiàn)跡的方法被稱(chēng)作鑲嵌方法(damasceneprocess)。在典型地用于形成多層銅互連的半導(dǎo)體加工方法中，通過(guò)電化學(xué)金屬沉積并隨后進(jìn)行銅CMP加工形成金屬化的銅線(xiàn)或銅通孔(via)。在典型方法中，通過(guò)常規(guī)干蝕刻方法圖案化層間介電材料(interleveldielectric,ILD)表面以形成用于垂直和水平方向互連的通孔和溝槽，并與下層互連結(jié)構(gòu)連接。圖案化的ILD表面在ILD表面用促進(jìn)粘附層如鈦或鉭和/或擴(kuò)散阻擋層如氮化鈦或氮化鉭涂覆并進(jìn)入蝕刻的溝槽和通孔。然后用銅覆蓋促進(jìn)粘附層和/或擴(kuò)散阻擋層，例如通過(guò)種子銅層(seedcopperlayer)和隨后的電化學(xué)沉積的銅層。繼續(xù)電沉積直到用沉積的金屬填充這些結(jié)構(gòu)。最后，采用CMP加工除去銅覆蓋層(oveiiayer)、促進(jìn)粘附層和/或擴(kuò)散阻擋層，直到獲得帶有暴露的介電(二氧化硅和/或低k)表面凸出部分(elevatedportions)的平坦化表面。通孔和溝槽仍然填充有形成電路互連的導(dǎo)電銅。當(dāng)希望采用一步銅CMP加工時(shí)，為了避免或者最小化金屬構(gòu)造表面凹陷(dishing)或介電材料腐蝕，金屬和阻擋層材料的除去率顯著高于介電材料的除去率通常是重要的。或者，可以采用多步驟銅CMP方法，其包含被稱(chēng)為步驟1銅CMP方法的過(guò)栽(overburden)銅的初始除去和平坦化，隨后為阻擋層CMP方法。通常將阻擋層CMP方法稱(chēng)為阻擋層或步驟2銅CMP方法。以前，據(jù)信銅和促進(jìn)粘附層和/或擴(kuò)散阻擋層的除去率必須同時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)介電材料的除去率，以便當(dāng)露出介電材料的凸出部分時(shí)有效地停止拋光。在包含銅、鉭和絕緣材料的基底的CMP加工過(guò)程中，將銅的除去率與介電基材的除去率之比稱(chēng)為相對(duì)于介電材料除去銅的"選擇性，，。在CMP加工過(guò)程中，將鉭的除去率與介電基材的除去率之比稱(chēng)為相對(duì)于介電材料除去鉭的"選擇性"。當(dāng)采用相對(duì)于介電材料具有高除去銅和鉭選擇性的CMP漿料時(shí)，在銅通孔和溝槽中，銅層很容易過(guò)拋光造成下陷或"表面凹陷"效應(yīng)。由于在半導(dǎo)體加工中的平版印刷(lithographic)和其它限制，這種構(gòu)造畸變(distortion)是不能接受的。不適于半導(dǎo)體加工的另一種構(gòu)造畸變稱(chēng)為"腐蝕"。腐蝕是在介電材料區(qū)域和銅通孔或溝槽的密集陣列之間的地形差異(topographydifference)。在CMP中，與介電材料周?chē)鷧^(qū)域相比，在密集陣列中的材料可能以更快的速度被除去或腐蝕。這在介電材料區(qū)域和密集銅陣列之間導(dǎo)致地形差異。典型地，所用的CMP漿料具有兩個(gè)作用，化學(xué)組份和機(jī)械組份。在漿料選擇上一個(gè)重點(diǎn)考慮是"鈍化蝕刻速率(passiveetchrate)"。該鈍化蝕刻速率是由化學(xué)組份單獨(dú)溶解銅的速率，并且應(yīng)顯著低于同時(shí)包含化學(xué)組份和機(jī)械組份時(shí)的除去速率。大的鈍化蝕刻速率導(dǎo)致銅溝槽和銅通孔的表面凹陷，因此優(yōu)選鈍化蝕刻速率小于每分鐘10納米。在銅的化學(xué)機(jī)械平坦化期間，可能導(dǎo)致缺陷，例如沉積不希望的粒子和表面粗糙度。一些具體的缺陷類(lèi)型包含混濁斑點(diǎn)(haze)、凹坑(pit)、擦痕、隆起(mound)、陷窩(dimple)和疊層缺陷。已公開(kāi)了采用不同類(lèi)型研磨粒子的用于銅CMP以減少缺陷的一些漿料組合物體系。例如，Neville等的美國(guó)專(zhuān)利5,527,423描述了采用火成或沉淀二氧化硅或氧化鋁。由于這些研磨粒子具有隨著時(shí)間團(tuán)聚的趨勢(shì)，在拋光過(guò)程中團(tuán)聚能夠產(chǎn)生擦痕缺陷。此外，研磨粒子例如氧化鋁是堅(jiān)硬的，這在拋光過(guò)程中能夠?qū)е裸~的微擦痕。因此，在漿料的制備中，采用膠態(tài)二氧化硅是優(yōu)選的。例如美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)2005/0113,000和授予I.Belov等的美國(guó)專(zhuān)利6,964,600公開(kāi)了將膠態(tài)二氧化硅漿料用于化學(xué)機(jī)械拋光。雖然在用于銅的化學(xué)機(jī)械平坦化的漿料配方中膠態(tài)二氧化硅具有許多優(yōu)勢(shì)，但標(biāo)準(zhǔn)膠態(tài)二氧化硅的一個(gè)不足在于它含有可溶解的聚合硅酸鹽(polymericsilicates)。這些可溶解的聚合珪酸鹽形成于膠態(tài)二氧化硅的制備過(guò)程中。所述可溶解的聚合硅酸鹽在含銅基底的拋光過(guò)程中能夠與銅絡(luò)合。此絡(luò)合作用能夠?qū)е氯毕荩绮梁?、凹坑和有機(jī)銅粒子。關(guān)于銅CMP，這項(xiàng)技術(shù)目前的狀態(tài)包含采用兩步法實(shí)現(xiàn)IC芯片生產(chǎn)中的局部和整體平坦化。在銅CMP方法的步驟1中，除去過(guò)栽的銅。然后接著進(jìn)行銅CMP方法的步驟2,除去阻擋層并完成局部和整體的平坦化。通常，在步驟1除去過(guò)栽的銅之后，由于在晶片表面不同位置梯段高度(stepheight)不同，被拋光的晶片表面具有不均勻的局部和整體平坦性。低密度構(gòu)造傾向具有更高的銅梯段高度，而高密度構(gòu)造傾向具有低梯段高度。由于在步驟1后梯段高度不同，關(guān)于鉭對(duì)銅除去率和銅對(duì)氧化物除去率的具有選擇性的步驟2銅CMP漿料是非常合乎需要的。在包含銅、鉭和介電材料的基底的CMP加工過(guò)程中，將鉭除去率與銅除去率之比稱(chēng)為相對(duì)于銅除去鉭的"選擇性"。存在一些關(guān)于銅的化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)理的理論。D.Zeidler、Z.Stavreva、M.Ploetner、K.Drescher的文章"CharacterizationofCuChemicalMechanicalPolishingbyElectrochemicalInvestigations"(MicroelectronicEngineering,33(104),259-265(English)1997)提出在銅上化學(xué)組份使銅轉(zhuǎn)變?yōu)殂~氧化物形成鈍化層。銅氧化物具有不同于金屬銅的機(jī)械性能，例如密度和硬度，并且被動(dòng)改變了研磨部分的拋光速率。Gutmann等題為"Chemical-MechanicalPolishingofCopperwithOxideandPolymerInterlevelDielectrics"(ThinSolidFilm,1995)的上述文章披露機(jī)械組份磨損銅的凸出部分，然后化學(xué)組份溶解磨損的材料?；瘜W(xué)組份還使凹入的銅區(qū)域部分鈍化，使那些部分的溶解最小化。存在兩種類(lèi)型的能被拋光的層。第一種層是層間介電材料(ILD)例如氧化硅和氮化硅。第二種層是用于連接有源器件的金屬層，例如鴒、銅、鋁等。在金屬CMP的情況下，通常認(rèn)為化學(xué)作用采取兩種形式中的一種。在第一種機(jī)理中，溶液中的化學(xué)品與金屬層反應(yīng)，在金屬表面持續(xù)地形成氧化物層。這通常需要向溶液中添加氧化劑，例如過(guò)氧化氫、硝酸鐵等。然后粒子的機(jī)械研磨作用連續(xù)且同時(shí)除去此氧化物層。這兩個(gè)過(guò)程的有利平衡在除去速率和拋光表面質(zhì)量方面獲得最佳結(jié)果。在第二種機(jī)理中，不形成保護(hù)性的氣化物層。相反，溶液中的成分化學(xué)侵蝕和溶解金屬，而機(jī)械作用主要是通過(guò)以下之一機(jī)械地增強(qiáng)溶解速率連續(xù)地使更多表面區(qū)域暴露于化學(xué)侵蝕，通過(guò)粒子和金屬間的摩擦提高局部溫度(這提高溶解速率)，并通過(guò)混合及減小界面層的厚度，增強(qiáng)反應(yīng)物和產(chǎn)物向表面擴(kuò)散或擴(kuò)散遠(yuǎn)離表面。雖然現(xiàn)有技術(shù)CMP系統(tǒng)能夠從二氧化硅基底除去銅覆蓋層，但該系統(tǒng)不能滿(mǎn)足半導(dǎo)體工業(yè)的嚴(yán)格需要。這些需要可以概括如下。第一，為滿(mǎn)足生產(chǎn)量的需要，需要銅的高除去速率。第二，整個(gè)基底必須具有優(yōu)異的地形均勻性。最后，CMP方法必須使拋光期間在拋光基底上產(chǎn)生的缺陷水平以及局部表面凹陷和腐蝕效應(yīng)最小化，以滿(mǎn)足不斷提高的平版印刷需要。美國(guó)專(zhuān)利6,979,252披露了為了在CMP加工或其它加工過(guò)程中實(shí)現(xiàn)低缺陷水平，在漿料中采用具有低水平可溶性聚合硅酸鹽的膠態(tài)二氧化硅基漿料作為研磨劑的重要性。'252專(zhuān)利有幾個(gè)方面。一方面，，252專(zhuān)利提供了在CMP方法之前分離和除去膠態(tài)二氧化硅拋光漿料中的可溶性聚合硅酸鹽的方法；此方法包含離心拋光漿料以提供產(chǎn)品漿料，其中與拋光漿料相比，產(chǎn)品漿料具有更低水平的可溶性聚合硅酸鹽(以及更低的缺陷水平)。在另一方面，'252專(zhuān)利提供了根據(jù)上述方法由拋光漿料制備的產(chǎn)品漿料；與拋光漿料相比，此產(chǎn)品漿料具有更低水平的可溶性聚合硅酸鹽。因此，在CMP加工或其它加工過(guò)程中，與拋光漿料相比，此產(chǎn)品漿料提供了更低的缺陷水平。'252專(zhuān)利的第三方面限定在化學(xué)機(jī)械拋光漿料中使用根椐上述方法制備的產(chǎn)品漿料而不是拋光漿料，以致與采用拋光漿料相比，采用產(chǎn)品漿料提供更少數(shù)量的拋光后缺陷。，252專(zhuān)利具有的實(shí)施例都集中在氧化物CMP上；沒(méi)有關(guān)于金屬CMP的實(shí)施例，特別是不包含關(guān)于銅CMP的實(shí)施例。非常需要采用膠態(tài)二氧化硅漿料的銅CMP方法，其中在用這些漿料拋光期間在銅表面上提供低缺陷水平。本發(fā)明提供了此顯著需要的解決方案。
發(fā)明內(nèi)容在一實(shí)施方式中，本發(fā)明是用于表面的化學(xué)機(jī)械平坦化的組合物，其中該表面上具有至少一個(gè)包含銅的構(gòu)造(feature)，所述組合物包含基本上不含可溶性聚合硅酸鹽的膠態(tài)二氧化硅。在另一實(shí)施方式中，本發(fā)明是用于表面的化學(xué)機(jī)械平坦化的方法，其中該表面上具有至少一個(gè)包含銅的構(gòu)造，所述方法包含以下步驟A)使基底與拋光墊接觸，其中該基底具有所述在其上具有至少一個(gè)包含銅的構(gòu)造的表面；B)供給包含基本上不含可溶性聚合硅酸鹽的膠態(tài)二氧化硅的拋光纟且合物；和C)用所述拋光組合物拋光所述基底。在又一實(shí)施方式中，本發(fā)明是一種用于表面的化學(xué)機(jī)械平坦化的方法，其中該表面上具有至少一個(gè)包含銅的構(gòu)造，所述方法包含以下步驟A)使基底與拋光墊接觸，其中該基底具有所述在其上具有至少一個(gè)包含銅的構(gòu)造的表面；B)供給拋光組合物，該組合物包含a)基本上不含可溶性聚合硅酸鹽的膠態(tài)二氧化硅；和b)氧化劑，和C)用所述拋光組合物拋光所述基底。具體實(shí)施方式本發(fā)明涉及含有基本上不含可溶性聚合硅酸鹽的膠態(tài)二氧化硅的組合物。已經(jīng)令人驚奇且意外地發(fā)現(xiàn)，與(之前披露的)在氧化物表面上的缺陷水平相比，這樣的組合物在銅表面上提供低得多的CMP后缺陷水平。尤其出于這個(gè)原因，這些組合物用作銅或其它金屬化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)的漿料是非常合乎需要的。本發(fā)明還涉及采用這些組合物進(jìn)行金屬(例如銅)CMP加工的相關(guān)方法。在一實(shí)施方式中，術(shù)語(yǔ)"基本上不含可溶性聚合硅酸鹽"意指在膠態(tài)二氧化硅中可溶性聚合硅酸鹽的水平少于或等于約0.5wt%。在另一實(shí)施方式中，此術(shù)語(yǔ)意指在膠態(tài)二氧化硅中可溶性聚合硅酸鹽的水平少于或等于約0.25wt%。在另一實(shí)施方式中，此術(shù)語(yǔ)意指在膠態(tài)二氧化硅中可溶性聚合硅酸鹽的水平少于或等于約0.1wt。/()。在另一實(shí)施方式中，此術(shù)語(yǔ)指意指在膠態(tài)二氧化硅中可溶性聚合硅酸鹽的水平少于或等于約0.05wt%。在另一實(shí)施方式中，此術(shù)語(yǔ)意指在膠態(tài)二氧化硅中可溶性聚合硅酸鹽的水平少于或等于約0.01wt%。在另一實(shí)施方式中，此術(shù)語(yǔ)意指在膠態(tài)二氣化硅中可溶性聚合硅酸鹽的水平少于或等于約0.001wt%。在一實(shí)施方式中，相對(duì)于利用未經(jīng)除去任何可溶性聚合硅酸鹽處理的常規(guī)膠態(tài)二氧化硅獲得的缺陷水平，本發(fā)明的組合物和相關(guān)方法在銅CMP過(guò)程中導(dǎo)致的缺陷水平將減少至少75%。在另一實(shí)施方式中，相對(duì)于利用未經(jīng)除去任何可溶性聚合硅酸鹽處理的常規(guī)膠態(tài)二氧化硅獲得的缺陷水平，本發(fā)明的組合物和相關(guān)方法在銅CMP過(guò)程中導(dǎo)致的缺陷水平將減少至少90%。在另一實(shí)施方式中，相對(duì)于利用未經(jīng)除去任何可溶性聚合硅酸鹽處理的常規(guī)膠態(tài)二氧化硅獲得的缺陷水平，本發(fā)明的組合物和相關(guān)方法在銅CMP過(guò)程中導(dǎo)致的缺陷水平將減少至少95%。在另一實(shí)施方式中，相對(duì)于利用未經(jīng)除去任何可溶性聚合硅酸鹽處理的常規(guī)膠態(tài)二氧化硅獲得的缺陷水平，本發(fā)明的組合物和相關(guān)方法在銅CMP過(guò)程中導(dǎo)致的缺陷水平將減少至少97%。在另一實(shí)施方式中，相對(duì)于利用未經(jīng)除去任何可溶性聚合硅酸鹽處理的常規(guī)膠態(tài)二氧化硅獲得的缺陷水平，本發(fā)明的組合物和相關(guān)方法在銅CMP過(guò)程中導(dǎo)致的缺陷水平將減少至少98%。膠態(tài)二氧化硅研磨劑以漿料總重的約lwtQ/o至約25wt。/o的濃度存在于漿料中。更優(yōu)選地，研磨劑以漿料總重的約4wt。/。至約20wt。/。的濃度存在。最優(yōu)選地，研磨劑以漿料總重的約5wt。/。至約10wt。/。的濃度存在。在具有氧化劑的本發(fā)明實(shí)施方式中，所述氧化劑可以是任何適合的氧化劑。適合的氧化劑包含，例如，含有至少一個(gè)過(guò)氧基團(tuán)(-O-O-)的一種或多種過(guò)氧化合物(per-compound)。適合的過(guò)氧化合物包含例如過(guò)氧化物、過(guò)硫酸鹽(例如過(guò)一疏酸鹽(monopersulfates)和過(guò)二硫酸鹽(dipersulfates))、過(guò)碳酸鹽、它們的酸、它們的鹽及它們的混合物。其它適合的氧化劑包含，例如，氧化的卣化物(例如氯酸鹽、溴酸鹽、碘酸鹽、高氯酸鹽、高溴酸鹽、高碘酸鹽、它們的酸及它們的混合物等等)、過(guò)硼酸、過(guò)硼酸鹽、過(guò)碳酸鹽、過(guò)氧酸(例如過(guò)乙酸、過(guò)安息香酸、間氯過(guò)安息香酸、它們的鹽、它們的混合物等等)、過(guò)錳酸鹽、鉻酸鹽、鈰化合物、鐵氰化物(例如鐵氰化鉀)，它們的混合物等等。優(yōu)選的氧化劑包含例如，過(guò)氧化氫、過(guò)氧化氮脲(urea-hydrogenperoxide)、過(guò)氧化鈉、過(guò)氧化苯甲酰(benzylperoxide)、過(guò)氧化二叔丁基、過(guò)乙酸、過(guò)一疏酸、過(guò)二硫酸、碘酸、它們的鹽及它們的混合物。在本發(fā)明中，將(過(guò)氧化氫)H202用作優(yōu)選的氧化劑。使用時(shí)，優(yōu)選H202濃度是漿料總重的約0.2wt。/。至約5wt%?？梢蕴砑拥紺MP漿料組合物中的其它化學(xué)品包含，例如，表面活性劑、pH調(diào)節(jié)劑、酸、腐蝕抑制劑、含氟化合物、螯合劑、含氮化合物和鹽。可以添加到漿料組合物中的適合的表面活性劑化合物包含，例如，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員已知的眾多非離子、陰離子、陽(yáng)離子或兩性表面活性劑中的任意一種。表面活性劑化合物可以以漿料總重量的約0wt。/。至約lwtQ/。的濃度存在于漿料組合物中，且優(yōu)選以漿料總重量的約0.001wt%至約0.1wt。/。的濃度存在。優(yōu)選的表面活性劑類(lèi)型是非離子的、陰離子的或它們的混合物，且最優(yōu)選以漿料總重量的約10ppm至約1000ppm的濃度存在。非離子表面活性劑是最優(yōu)選的。優(yōu)選的非離子表面活性劑是Surfynol104E，它是2，4,7，9-四曱基-5-癸炔-4,7-二醇和乙二醇(溶劑)50:50重量的混合物(AirProductsandChemicals,Allentown,PA)。采用pH調(diào)節(jié)劑提高拋光組合物的穩(wěn)定性，提高在操作和使用中的安全性，或者滿(mǎn)足各種標(biāo)準(zhǔn)的要求。降低本發(fā)明拋光組合物pH的合適的pH調(diào)節(jié)劑包含但不限于鹽酸、硝酸、硫酸、氯乙酸、酒石酸、琥珀酸、檸檬酸、蘋(píng)果酸、丙二酸、各種脂肪酸、各種多元羧酸及它們的混合物。提高本發(fā)明拋光組合物pH的合適的pH調(diào)節(jié)劑包含但不限于氬氧化鉀、氫氧化鈉、氨、四甲基氫氣化銨、乙二胺、哌喚、多亞乙基亞胺、改性多亞乙基亞胺及它們的混合物。關(guān)于pH，本發(fā)明的拋光組合物沒(méi)有具體地限制，且能夠廣泛地從約pH6到約pH12變化。對(duì)于金屬CMP的應(yīng)用，具有堿性和中性pH值的組合物根據(jù)本發(fā)明通常是優(yōu)選的。因此對(duì)于多數(shù)金屬(例如銅)CMP應(yīng)用，合適的漿料pH是約6.5到約10,優(yōu)選約8到約12,且更優(yōu)選約10到約12?？商砑拥綕{料給合物中的適合的酸化合物包含但不限于蟻酸、醋酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、乳酸、鹽酸、硝酸、磷酸、硫酸、氫氟酸、蘋(píng)果酸、酒石酸、葡糖酸、檸檬酸、鄰苯二甲酸、pyrocatechoicacid、焦梧酚羧酸、五倍子酸、單寧酸及其混合物。這些酸化合物可以以漿料總重的約0wt。/。至約lwt。/c的濃度存在于漿料組合物中。為了提高漿料相對(duì)于二氧化硅對(duì)鉭和鉭化合物及銅的除去率，可以向漿料組合物中添加含氟化合物。適合的含氟化合物包含但不限于氟化氬、全氟酸(perfluoricacid)、堿金屬氟化鹽、堿土金屬氟化鹽、氟化銨、四曱基氟化銨、氟化氫銨、二氟乙二銨、三氟二亞乙基三銨及它們的混合物。含氟化合物可以以漿料總重的約Owt。/。至約5wt。/。濃度存在于漿料組合物中，且優(yōu)選以約0.10wt。/。至約2wt。/。的濃度存在。優(yōu)選的含氟化合物是氟化銨，最優(yōu)選以漿料總重約0wt。/。至約1wt。/。的濃度存在?？商砑拥綕{料組合物中的適合的螯合劑包含但不限于乙二胺四乙酸(EDTA)、N-羥乙基乙二胺三乙酸(NHEDTA)、次氮基三乙酸(NTA)、二亞乙基三胺五乙酸(DPTA)、乙醇二甘氨酸酯(ethanoldiglycinate)、三(羥甲基)甲基甘氨酸(tricine)及它們的混合物。螯合劑可以以漿料總重的約Owt。/。至約3wt。/。的濃度存在于漿料組合物中，并優(yōu)選以約0.05wt。/。至約0.20wt。/。的濃度存在。優(yōu)選的螯合劑是三(羥甲基)曱基甘氨酸和EDTA，且最優(yōu)選以漿料總重的約0.05wtQ/。至約0.20wt。/。的濃度存在?？商砑拥綕{料組合物中的適合的含氮化合物包含但不限于氬氧化銨、羥胺、單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二乙二醇胺、N-羥乙基哌喚、多亞乙基亞胺、改性的多亞乙基亞胺及它們的混合物。含氮化合物可以以漿料總重的約Owt。/。至約lwt。/o的濃度存在于漿料組合物中，且優(yōu)選以約0.01wt。/。至約0.20wt。/。的濃度存在。優(yōu)選的含氮化合物是氫氧化銨，且最優(yōu)選以漿料總重約0.01\^%至約0.1wt。/。的濃度存在?？商砑拥綕{料組合物中的適合的鹽包含但不限于過(guò)硫酸銨、過(guò)疏酸鉀、亞硫酸鉀、碳酸鉀、賄酸銨、鄰苯二甲酸氯鉀、羥胺硫酸鹽及它們的混合物。所述鹽可以以漿料總重的約Owt。/。至約10wt。/。的濃度存在于漿料組合物中，且優(yōu)選以約0wt。/。至約5wt。/。的濃度存在。優(yōu)選的鹽是硝酸銨，且最優(yōu)選以漿料總重的約Owt。/。至約0.15wt。/。的濃度存在。還可以添加到漿料組合物中的其它化學(xué)品是生物制劑，例如殺菌劑、殺生物劑和殺真菌劑，特別是如果pH在約6到9左右。適合的殺生物劑包含但不限于1，2-苯并異噻唑啉-3-酮、2(羥甲基)氨基乙醇、1,3-二羥甲基-5，5二甲基乙內(nèi)酰脲、l-羥甲基-5,5-二曱基乙內(nèi)酰脲、氨基甲酸3-碘-2-丙炔基丁酯、戊二醛、1,2-二溴-2,4-二氰基丁烷、5-氯-2-甲基一4-異p塞唑啉-3-酮、2-曱基-4-異噻唑啉-3-酮及它們的混合物。相關(guān)方法本發(fā)明的相關(guān)方法涉及將前迷組合物(如前公開(kāi)的)用于包含金屬和絕緣材料的基底的化學(xué)機(jī)械平坦化。在這些方法中，將基底(例如晶片)面朝下置于固定安裝在CMP拋光機(jī)的可旋轉(zhuǎn)臺(tái)板上的拋光墊上。按這種方式，待拋光及平坦化的基底處于與拋光墊直接接觸的位置。采用晶片承栽系統(tǒng)或拋光頭將基底固定就位，并在CMP加工期間在臺(tái)板和基底旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，向基底的背面施加向下的壓力。在CMP加工期間，將拋光組合物(漿料)施加(通常連續(xù)地)于墊上以進(jìn)行材料的除去，使基底平坦化。本發(fā)明的漿料組合物和相關(guān)方法對(duì)廣泛類(lèi)型的基底的CMP都有效，包括具有含有介電常數(shù)小于3.3的材料(低k材料)的介電部分的基底。在基底中適合的低k膜包含但不限于有機(jī)聚合物、滲碳氧化物、氟化硅玻璃(FSG)、無(wú)機(jī)多孔氧化物狀材料(inorganicporousoxide-like)以及有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料。代表性的低k材料和用于這些材料的沉積方法概括如下。<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>目前銅CMP技術(shù)在IC芯片的生產(chǎn)中采用兩步法以實(shí)現(xiàn)局部或整體的平坦化。在銅CMP步驟1過(guò)程中，在IC制作加工期間除去過(guò)栽的銅。在步驟1中除去過(guò)栽的銅之后，由于在圖案晶片(patternwafers)上高密度構(gòu)造和低密度構(gòu)造之間梯段高度的不同，拋光表面仍未實(shí)現(xiàn)局部和整體平坦化。在步驟1中除去過(guò)栽的銅之后，高鉭對(duì)銅選擇性是期望的，以實(shí)現(xiàn)局部和整體的平坦化。保持高鉭除去同時(shí)實(shí)現(xiàn)高鉭對(duì)銅選擇性并保護(hù)低覆銅區(qū)(lowlyingcopperregions)是具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。如果在拋光過(guò)程中未保護(hù)低覆銅區(qū)，這導(dǎo)致通常稱(chēng)為"表面凹陷"的缺陷。能過(guò)程中提供寬過(guò)拋光窗口(overpolishwindow)來(lái)減少"表面凹陷"。通過(guò)下面的實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。術(shù)語(yǔ)表組分膠態(tài)二氧化硅SytonOX-K(DuPontAirProductsNanoMaterialsL丄.C.，Tempe，AZ)膠態(tài)二氧化硅。膠態(tài)二氧化硅未離心的鉀穩(wěn)定的(potassiumstabilized)二氧化硅，具有膠態(tài)二氧化硅ZonylFSNPETEOS拋光墊TEOS60~75nm顆粒的DP246(DuPontAirProductsNanoMaterialsL.L.C.,Tempe,AZ)膠態(tài)二氧化娃。離心的鉀穩(wěn)定的二氧化硅，具有6075nm顆粒的DP290,(DuPontAirProductsNanoMaterialsL.L.C.,Tempe，AZ)膠態(tài)二氧化硅。氟化的表面活性劑(E丄DuPontdeNemours,Wilmington,DE)ZonylFSN⑧是非離子表面活性劑，是調(diào)聚單醚和聚乙二醇的混合物；結(jié)構(gòu)如下RfCH2CH20(CH2CH20)xH:其中Rf=F(CF2CF2)yx=0-約25y=l-約9四乙氧基硅烷的等離子增強(qiáng)沉積物，介電氧化物層。拋光墊，在CMP過(guò)程中采用由Rodel,Inc，Phoenix,AZ供應(yīng)的Politex和ICIOOO。原硅酸四乙酯一般參數(shù)A:埃-長(zhǎng)度單元BP:背壓，單位psiCMP:化學(xué)機(jī)械平坦化-化學(xué)機(jī)械拋光CS:承栽器速度DF:向下的力在CMP過(guò)程中施加的壓力，單位psimin:分鐘ml:毫升mV:毫伏psi:磅每平方英寸PS:拋光工具的臺(tái)板旋轉(zhuǎn)速度，rpm(每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))SF:漿料流量，ml/min除去率和選擇性CuRR2psi在CMP工具2psi的向下壓力下測(cè)得的銅除去率TaRR2psi在CMP工具2psi的向下壓力下測(cè)得的鉭除去率TEOSRR2psi在CMP工具2psi的向下壓力下測(cè)得的TEOS除去率PETEOSRR2psi在CMP工具2psi的向下壓力下測(cè)得的PETEOS除去率實(shí)施例一般規(guī)定除非特別說(shuō)明，否則所有的百分比都是重量百分比。CMP操作方法在下列實(shí)施例中，采用下面給出的步驟和試驗(yàn)條件進(jìn)行CMP試驗(yàn)。計(jì)量方法用由NanometricsInc，1550Buckeye,Milpitas,CA95035-7418生產(chǎn)的氧化物厚度測(cè)量?jī)x器Nanometrics，model,#9200測(cè)量PETEOS厚度。用由CreativeDesignEngineering,Inc，20565AlvesDr，Cupertino,CA，95014生產(chǎn)的ResMapCDE,model168金屬厚度測(cè)量?jī)x器測(cè)量金屬膜。所述ResMap工具是四點(diǎn)探針薄膜電阻(sheetresistance)工具。采用各所述工具在3mm邊緣處進(jìn)行25和49點(diǎn)極化掃描(polarscans)。CMP工具所用的CMP工具是Mirra,由AppliedMaterials,3050BoweresAvenue,SantaClara,California,95054生產(chǎn)。在臺(tái)板上采用由Rodel，Inc，3804EastWatkinsStreet,Phoenix，AZ,85034提供的RodelPolitex軋花(embossed)墊用于無(wú)圖形晶片(blanketwafer)拋光研究。通過(guò)拋光25個(gè)模型(dummy)氧化物(由TEOS前體通過(guò)等離子體增強(qiáng)CVD沉積，PETEOS)晶片磨合墊。為了限定工具設(shè)定和墊磨合，在基線(xiàn)條件下采用由DuPontAirProductsNanoMaterialsL丄.C.提供的SytonOX-K月史態(tài)二氧化石圭拋光兩個(gè)PETEOS監(jiān)控器(monitor)。在無(wú)圖形晶片研究中，進(jìn)行編組以模擬連續(xù)膜去除首先為銅，接著為鉭，最后為PETEOS。工具中點(diǎn)條件是工作臺(tái)速度(tablespeed);123rpm,頭速度;112rpm,膜壓力，2.0psi，管內(nèi)壓力，0.0psi，漿料流量，200ml/min。利用由位于1-TechnologyDrive,Milipita，CA，95035的KLATencore生產(chǎn)的SurfscanSPl儀器測(cè)量缺陷數(shù)目。此儀器是基于激光的晶片表面檢測(cè)系統(tǒng)。利用此儀器，可獲得在無(wú)圖形基底上的顆粒和表面缺陷。將顆粒數(shù)記錄為缺陷數(shù)、缺陷位置和缺陷大小。此外，通過(guò)表征表面粗糙度及對(duì)缺陷例如混濁斑點(diǎn)、凹坑(pit)、擦痕、隆起、陷窩和疊層缺陷進(jìn)行分類(lèi)，將此儀器用于測(cè)量表面質(zhì)量。通過(guò)在真空吸筆(vacuumwand)下將晶片裝入盒內(nèi)，隨后將該盒放置在采用Novellus銅校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的SP1儀器上來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)。此方法對(duì)0.2微米至2.5微米的缺陷進(jìn)行分類(lèi)。將所有缺陷值的總數(shù)計(jì)錄為表1中給出的CMP后缺陷。晶片利用電化學(xué)沉積的銅、鉭及PETEOS晶片進(jìn)行拋光試驗(yàn)。這些無(wú)圖形晶片從SiliconValleyMicroelectronics,1150CampbellAve,CA,95126購(gòu)得。膜厚規(guī)格概括如下PETEOS:在硅上，15,000A銅在硅上，電鍍銅10，000A/銅種子l，000A/Ta250A鉭在硅上，2,000A/5,000A熱氧化物實(shí)施例1(比較)和實(shí)施例2-4實(shí)施例1用于制備3kg配制漿料的混合物組分1)碳酸鉀(45%溶液)-93.33克2)未離心的鉀穩(wěn)定的膠態(tài)二氧化硅(30%固體)=500克3)檸檬酸(10%溶液)-183克4)氬氧化鉀(10%溶液)=177克5)過(guò)氧化氫(30%溶液)-300克混合漿料的步驟，3kg批量在5升燒杯中，將93.33克碳酸鉀添加到1746.7克去離子水中并用磁力撹拌器攪拌2分鐘。在攪動(dòng)下，在2分鐘的時(shí)間內(nèi)緩慢添加500克未離心的鉀穩(wěn)定的膠態(tài)二氧化硅。混合物攪拌5分鐘后，緩慢添加183克檸檬酸。攪拌2分鐘后，添加177克氫氧化鉀并攪拌額外的2分鐘。在拋光前直接添加300克過(guò)氧化氫。實(shí)施例2采用離心的鉀穩(wěn)定的膠態(tài)二氧化硅的這個(gè)實(shí)施例用于與實(shí)施例1(比較)進(jìn)行比較。除用鉀穩(wěn)定的離心的膠態(tài)二氧化硅DP-290替代未離心的鉀穩(wěn)定的二氧化硅DP-246之外，配方和實(shí)施例l所述相同。組份總結(jié)如下1)去離子水-1646.7克2)碳酸鉀(45°/。溶液)=93.33克3)鉀穩(wěn)定的離心的膠態(tài)二氧化硅，DP-290,(25°/。固體)-600克；由DuPontAirProductsNanoMaterialsL丄.C.，AZ提供4)檸檬酸(10%溶液)=183克5)氬氧化鉀(10%溶液)-177克6)過(guò)氧化氫(30%溶液)=300克總重=3000克實(shí)施例3采用Zonyl⑧FSN的這個(gè)實(shí)施例與實(shí)施例1(比較)進(jìn)行比較。除存在Zonyl⑧FSN外，該配方和實(shí)施例1所述相同。組分總結(jié)如下1)去離子水-H40.7克2)碳酸鉀(45%溶液)=93.33克3)未離心的鉀穩(wěn)定的膠態(tài)二氧化硅(30%固體)=500克4)檸檬酸(10%溶液)-183克5)氫氧化鉀(10%溶液)=177克6)Zonyl⑧FSN(100%)=6克7)過(guò)氧化氫(30°/。溶液)=300克總重=3000克實(shí)施例4采用離心的鉀穩(wěn)定的膠態(tài)二氧化硅的這個(gè)實(shí)施例與實(shí)施例2進(jìn)行比較。除存在Zony^FSN外，配方和實(shí)施例2所迷相同。組分總結(jié)如下1)去離子水-1640.7克2)碳酸鉀(45%溶液)-93.33克3)離心的鉀穩(wěn)定膠態(tài)二氧化硅，DP-290(25%固體)=600克；由DuPontAirProductsNanoMaterialsL丄.C.，AZ提供4)檸檬酸(10%溶液)-183克5)氫氧化鉀(10%溶液)=177克6)Zonyl⑧FSN(100%)=6克7)過(guò)氧化氫(30%溶液)-300克總重=3000克實(shí)施例14荻得的結(jié)果匯總于表1中。如此表所示，與采用存在可溶性聚合硅酸鹽的可比較的膠態(tài)二氣化硅相比，采用除去可溶性聚合硅酸鹽的膠態(tài)二氧化硅研磨劑的CMP漿料，導(dǎo)致在CMP加工后的銅表面上缺陷數(shù)顯著地減少。具體地，缺陷數(shù)從5898(比較實(shí)施例1)減少到89(實(shí)施例2)。采用包含可溶性聚合硅酸鹽并添加表面活性劑的可比較的膠態(tài)二氧化硅，缺陷數(shù)從5898(實(shí)施例1)適度地減少到5402(實(shí)施例3)。采用除去可溶性聚合硅酸鹽并添加表面活性劑的可比較的膠態(tài)二氧化硅，銅上的缺陷數(shù)從89(實(shí)施例2)進(jìn)一步減少到60(實(shí)施例4)。表1:采用離心從膠態(tài)二氧化硅除去可溶性聚合硅酸鹽對(duì)銅缺陷、銅、鉭、Blackdiamond以及PETEOS除去率的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>a用于實(shí)施例1和3的二氧化硅是未離心的鉀穩(wěn)定的二氧化硅，DP246。用于實(shí)施例2和4的二氧化硅是離心的鉀穩(wěn)定的二氧化硅，DP290。b所有的除去率都是以埃/分鐘(A/min)為單位。e該行列出了用上面所列的CMP漿料進(jìn)行CMP加工后，在氧化物表面測(cè)得的尺寸大于或等于0.13微米的缺陷數(shù)目。d該行列出了用上面所列的CMP漿料進(jìn)行CMP加工后，在銅表面測(cè)得的尺寸大于或等于0.3微米的缺陷數(shù)目。采用KLATencor儀器采用缺陷數(shù)測(cè)量步驟(如前所述)在3張晶片上完成這些缺陷測(cè)量。下表2復(fù)制了上面表1的一部分，把注意力集中在采用含有和不含可溶性聚合硅酸鹽的膠態(tài)二氧化硅充當(dāng)CMP加工中的研磨劑時(shí)，在CMP后銅相對(duì)于氧化物表面上缺陷水平的顯著不同。如此表所見(jiàn)，與氧化物表面相比，是否存在可溶性聚合硅酸鹽對(duì)銅表面上的CMP后缺陷水平令人驚奇地存在大得多的影響。測(cè)得的缺陷數(shù)差異為銅表面上5,809對(duì)氧化物表面上僅僅25。表2:在利用除去和未除去可溶性聚合硅酸鹽的二氣化硅研磨刑的后CMP之后，在氧化物和銅表面上的缺陷的比較-漿料組分與表1相同<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>雖然已經(jīng)結(jié)合本發(fā)明實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但是很明顯根據(jù)前面的描述，一些替換、修改和變化對(duì)所屬領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的。因此，當(dāng)其落在所附權(quán)利要求的精神和寬范圍之內(nèi)時(shí)，包含所有這些替換、修改和變化。權(quán)利要求1.一種用于表面的化學(xué)機(jī)械平坦化的組合物，其中在該表面上具有至少一個(gè)包含銅的構(gòu)造，所述組合物包含基本上不含可溶性聚合硅酸鹽的膠態(tài)二氧化硅。2.用于在其上具有至少一個(gè)包含銅的構(gòu)造的表面的化學(xué)機(jī)械平坦化的組合物，所述組合物包含a)基本上不含可溶性聚合硅酸鹽的膠態(tài)二氧化硅；和b)氧化劑。3.權(quán)利要求2的組合物，進(jìn)一步包含c)表面活性劑。4.權(quán)利要求3的組合物，其中所述表面活性劑是含氟表面活化劑。5.權(quán)利要求2的組合物，其中所述氧化劑是過(guò)氧化氫。6.權(quán)利要求1的組合物，其中采用離心來(lái)制備所述基本上不含可溶性聚合硅酸鹽的膠態(tài)二氧化硅。7.用于在其上具有至少一個(gè)包含銅的構(gòu)造的表面的化學(xué)機(jī)械平坦化的方法，所述方法包含以下步驟A)使基底與拋光墊接觸，其中該基底具有所述在其上具有至少一個(gè)包含銅的構(gòu)造的表面；B)供給包含基本上不含可溶性聚合硅酸鹽的膠態(tài)二氧化硅的拋光纟且合物；和C)用所述拋光組合物拋光所述基底。8.用于在其上具有至少一個(gè)包含銅的構(gòu)造的表面的化學(xué)機(jī)械平坦化的方法，所述方法包含以下步驟A)使基底與拋光墊接觸，其中該基底具有所述在其上具有至少一個(gè)包含銅的構(gòu)造的表面；B)供給拋光組合物，該組合物包含a)基本上不含可溶性聚合硅酸鹽的膠態(tài)二氧化硅；和b)氧化劑，和C)用所述拋光組合物拋光所述基底。9.權(quán)利要求8的方法，其中所述組合物進(jìn)一步包含c)表面活性劑。10.權(quán)利要求9的方法，其中所述組合物的表面活性劑是含氟表面活化劑。11.權(quán)利要求8的方法，其中所述組合物的氧化劑是過(guò)氧化氬。12.權(quán)利要求7的方法，其中采用離心制備所述基本上不含可溶性聚合硅酸鹽的膠態(tài)二氧化硅。全文摘要本發(fā)明涉及用于銅的化學(xué)機(jī)械平坦化的組合物。本發(fā)明描述了用于含銅基底的化學(xué)機(jī)械平坦化的組合物及相關(guān)方法，并且其在銅CMP加工過(guò)程中在銅上產(chǎn)生低缺陷水平。所述組合物包含基本上不含可溶性聚合硅酸鹽的膠態(tài)二氧化硅。文檔編號(hào)C09G1/00GK101240147SQ200710162188公開(kāi)日2008年8月13日申請(qǐng)日期2007年12月21日優(yōu)先權(quán)日2006年12月21日發(fā)明者J·A·西迪奎,R·D·麥克康奈爾,S·厄斯馬尼申請(qǐng)人:杜邦納米材料氣體產(chǎn)品有限公司