專利名稱：用于化學(xué)機(jī)械平坦化的多步拋光液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體晶片材料的化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)，尤其是用于去除半導(dǎo)體晶片上的銅和阻擋層材料(barrier materials)的CMP組合物和方法。
背景技術(shù)：
典型地，半導(dǎo)體晶片具有硅晶片和電介質(zhì)層，該電介質(zhì)層中含有的多個(gè)溝槽排列形成電路互連圖案。圖案的排列通常為金屬鑲鉗結(jié)構(gòu)或雙重金屬鑲鉗結(jié)構(gòu)。阻擋層覆蓋于具有圖案化的電介質(zhì)層上，而金屬層覆蓋在該阻擋層上。該金屬層至少具有足夠的厚度以便用金屬填充圖案化的溝槽從而構(gòu)成電路互連。
CMP處理常常包括多個(gè)拋光階段。例如，“第一步”從下層阻擋層上除去金屬層。該第一步拋光除去了金屬層，同時(shí)在晶片上留下光滑的平坦表面，填充金屬的溝槽在該表面上形成平行于拋光表面的電路互連。第一步拋光以初始的高速率除去過量的互連金屬，例如銅。第一步去除后，“第二步”拋光可除去殘留在半導(dǎo)體晶片上的阻擋層。該第二步拋光從半導(dǎo)體晶片下層的電介質(zhì)層除去阻擋層，從而在電介質(zhì)層上提供平坦的拋光表面。典型地，第一和第二步拋光可提供分別為約2000/min或更大和約1000/min或更小的去除速率。
不幸的是，這些多個(gè)拋光階段花費(fèi)非常昂貴且耗費(fèi)時(shí)間。特別的，所述的多個(gè)拋光階段利用不同的漿料或拋光溶液選擇性除去不需要的部分。也就是說，一種漿料可能用于“第一步”，而第二種漿料可能用于“第二步”。此外，典型在多個(gè)工作臺(tái)上進(jìn)行第一和第二步，在接下來的拋光步驟中就需要將工作件或晶片從一個(gè)工作臺(tái)移到另一個(gè)，不適當(dāng)?shù)脑黾恿丝偟奶幚頃r(shí)間。
Holland等人在美國專利6261158中公開了一種用于拋光金屬和阻擋層材料的多步CMP體系。Holland嘗試通過在一個(gè)單一的、組合工作臺(tái)上進(jìn)行拋光來最小化處理時(shí)間。然而，Holland的體系中利用“第一漿料”和“第二漿料”用于除去相應(yīng)的材料(也就是金屬和阻擋層材料)。因此，Holland的體系仍然存在現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷。
因此，需要的是可以選擇性除去銅和鉭阻擋層材料的改良CMP組合物和方法。特別地存在對(duì)可選擇性除去銅和鉭阻擋層材料的CMP組合物和方法的需求，該組合物和方法成本低便于利用并可減少總的處理時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
第一個(gè)方面，本發(fā)明提供了用于從半導(dǎo)體晶片上拋光鉭阻擋層材料和銅的多步水性組合物，該組合物含有按wt％計(jì)，0.1-30％的氧化劑，0.01-3％的無機(jī)鹽或酸，0.01-4％的抑制劑，0.1-30％的研磨劑，0-15％的配位劑和余量的水，其中該水性組合物具有1.5-6的pH值。
第二方面，本發(fā)明提供了用于從半導(dǎo)體晶片上拋光鉭阻擋層材料和銅的多步水性組合物，該組合物含有按wt％計(jì)，0.1-30％的過氧化氫，0.01-3％的無機(jī)鹽或酸，0.01-4％的抑制劑，0.1-30％的研磨劑，0-15％的配位劑和余量的水，該水性組合物的pH值為1.5-6，其中所述無機(jī)鹽選自磷酸鋅、焦磷酸鋅、多磷酸鋅、膦酸鋅、磷酸銨、焦磷酸銨、多磷酸銨、膦酸銨、磷酸二銨、焦磷酸二銨、多磷酸二銨、膦酸二銨、磷酸胍、焦磷酸胍、多磷酸胍、膦酸胍、磷酸鐵、焦磷酸鐵、多磷酸鐵、膦酸鐵、磷酸鈰、焦磷酸鈰、多磷酸鈰、膦酸鈰、磷酸乙二胺、磷酸哌嗪、焦磷酸哌嗪、膦酸哌嗪、磷酸蜜胺、磷酸二蜜胺、焦磷酸蜜胺、多磷酸蜜胺、膦酸蜜胺、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、磷酸雙氰胺(dicyanodiamide)、磷酸脲、硫酸鋅、焦硫酸鋅、多硫酸鋅、磺酸鋅、硫酸銨、焦硫酸銨、多硫酸銨、磺酸銨、硫酸二銨、焦硫酸二銨、多硫酸二銨、磺酸二銨、硫酸胍、焦硫酸胍、多硫酸胍、磺酸胍、硫酸鐵、焦硫酸鐵、多硫酸鐵、磺酸鐵、硫酸鈰、焦硫酸鈰、多硫酸鈰、磺酸鈰、硫酸乙二胺、硫酸哌嗪、焦硫酸哌嗪、磺酸哌嗪、硫酸蜜胺、硫酸二蜜胺、焦硫酸蜜胺、多硫酸蜜胺、磺酸蜜胺、硫酸蜜白胺、焦硫酸蜜白胺、多硫酸蜜白胺、磺酸蜜白胺、硫酸蜜勒胺、焦硫酸蜜勒胺、多硫酸蜜勒胺、磺酸蜜勒胺、硫酸雙氰胺、硫酸脲、和它們的酸、鹽、混合的酸鹽、酯、偏酯、混合酯以及它們的混合物。
第三方面，本發(fā)明提供了一種從半導(dǎo)體晶片上拋光鉭阻擋層材料和銅的方法，該方法包括使晶片接觸拋光組合物，該晶片含有鉭阻擋層材料和銅，該拋光組合物含有按wt％計(jì)0.1-30％的氧化劑，0.01-3％的無機(jī)鹽或酸，0.01-4％的抑制劑，0.1-30％的研磨劑，0-15％的配位劑和余量的水，其中該水性組合物的pH值為1.5-6；和使用拋光墊拋光該晶片。
具體實(shí)施例方式
該溶液和方法對(duì)于銅和鉭阻擋層材料兩者都提供了意想不到的去除速率。該溶液依靠無機(jī)鹽或酸和氧化劑選擇性除去銅和鉭阻擋層材料。該溶液成本低便于利用并減少了總的處理時(shí)間。
對(duì)于本說明書，鉭阻擋層指鉭、含鉭合金、鉭基合金和鉭金屬間化合物。該溶液對(duì)于鉭、鉭基合金和鉭金屬間化合物例如鉭的碳化物、氮化物和氧化物具有特別的效力。另外，雖然本發(fā)明對(duì)于銅互連具有特別的有效性，但該水性拋光組合物也可以對(duì)其它的金屬互連提供增強(qiáng)的拋光，例如鋁、鎳、銀、金、鉑、鈀、鈹、鋅、鈦、鎢、鉻等。此外，對(duì)于本說明書，術(shù)語電介質(zhì)是指介電常數(shù)為k的半導(dǎo)電材料，包括低-k和超低-k介電材料。例如多孔和非多孔的低-k電介質(zhì)、有機(jī)和無機(jī)低-k電介質(zhì)、有機(jī)硅酸鹽玻璃(OSG)、氟硅酸鹽玻璃(FSG)、碳摻雜氧化物(CDO)、正硅酸四乙脂(TEOS)和衍生自TEOS的氧化硅。
同樣的，對(duì)于本說明書，盡管可以選用其它的化合物，但“無機(jī)鹽或酸”優(yōu)選為任何含有磷原子或硫原子的化合物。優(yōu)選的含磷或含硫化合物為，例如磷酸鹽、焦磷酸鹽、多磷酸鹽、膦酸鹽、硫酸鹽、焦硫酸鹽、多硫酸鹽、磺酸鹽和它們的酸、鹽、混合酸鹽、酯、偏酯、混合酯以及它們的混合物，例如磷酸。
特別地，可以使用下列含磷或含硫化合物配制優(yōu)選的水性拋光組合物磷酸鋅、焦磷酸鋅、多磷酸鋅、膦酸鋅、磷酸銨、焦磷酸銨、多磷酸銨、膦酸銨、磷酸二銨、焦磷酸二銨、多磷酸二銨、膦酸二銨、磷酸胍、焦磷酸胍、多磷酸胍、膦酸胍、磷酸鐵、焦磷酸鐵、多磷酸鐵、膦酸鐵、磷酸鈰、焦磷酸鈰、多磷酸鈰、膦酸鈰、磷酸乙二胺、磷酸哌嗪、焦磷酸哌嗪、膦酸哌嗪、磷酸蜜胺、磷酸二蜜胺、焦磷酸蜜胺、多磷酸蜜胺、膦酸蜜胺、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、磷酸雙氰胺、磷酸脲、硫酸鋅、焦硫酸鋅、多硫酸鋅、磺酸鋅、硫酸銨、焦硫酸銨、多硫酸銨、磺酸銨、硫酸二銨、焦硫酸二銨、多硫酸二銨、磺酸二銨、硫酸胍、焦硫酸胍、多硫酸胍、磺酸胍、硫酸鐵、焦硫酸鐵、多硫酸鐵、磺酸鐵、硫酸鈰、焦硫酸鈰、多硫酸鈰、磺酸鈰、硫酸乙二胺、硫酸哌嗪、焦硫酸哌嗪、磺酸哌嗪、硫酸蜜胺、硫酸二蜜胺、焦硫酸蜜胺、多硫酸蜜胺、磺酸蜜胺、硫酸蜜白胺、焦硫酸蜜白胺、多硫酸蜜白胺、磺酸蜜白胺、硫酸蜜勒胺、焦硫酸蜜勒胺、多硫酸蜜勒胺、磺酸蜜勒胺、硫酸雙氰胺、硫酸脲、和它們的酸、鹽、混合的酸鹽、酯、偏酯、混合酯和它們的混合物。優(yōu)選的含磷化合物是磷酸銨。
優(yōu)選地，本發(fā)明的拋光組合物中的無機(jī)鹽或酸以能夠有效拋光銅和鉭阻擋層材料的量存在。據(jù)認(rèn)為即使拋光組合物中痕量的無機(jī)鹽或酸也可以有效拋光銅和阻擋層材料。使用占組合物0.01-3wt％的無機(jī)鹽或酸可以在容許的拋光下壓力下獲得滿意的拋光速率。無機(jī)鹽或酸的優(yōu)選范圍是占組合物的0.1-1wt％。最優(yōu)選的，無機(jī)鹽或酸占組合物的0.3-0.6wt％。
優(yōu)選地，該溶液含有0.1-30wt％的氧化劑。優(yōu)選的，該氧化劑的范圍是0.5-10wt％。該氧化劑可以是多種氧化性化合物中的至少一種，例如過氧化氫(H2O2)、單過硫酸鹽、碘酸鹽、過鄰苯二甲酸鎂、過乙酸和其它過酸、過硫酸鹽、溴酸鹽、高碘酸鹽、硝酸鹽、鐵鹽、鈰鹽、Mn(III)、Mn(IV)和Mn(VI)鹽、銀鹽、銅鹽、鉻鹽、鈷鹽、鹵素，次氯酸鹽以及它們的混合物。而且，通常優(yōu)選使用氧化劑化合物的混合物。當(dāng)拋光漿料含有不穩(wěn)定氧化劑例如過氧化氫時(shí)，在使用時(shí)將該氧化劑加入漿料最為有利。
該拋光組合物中含有0.1-30wt％的研磨劑以促進(jìn)銅和阻擋層的去除。在這個(gè)范圍內(nèi)，希望研磨劑的含量大于或等于0.3wt％，且優(yōu)選大于或等于0.5wt％。同樣的，在這個(gè)范圍內(nèi)，希望小于或等于10wt％，優(yōu)選小于或等于8wt％。最優(yōu)選地，該研磨劑的濃度為2-5wt％。
為了防止形成過多的金屬凹陷和電介質(zhì)侵蝕，研磨劑的平均顆粒尺寸應(yīng)小于或等于100納米(nm)。對(duì)于本說明書，顆粒尺寸是指研磨劑的平均顆粒尺寸。更優(yōu)選的，希望使用具有小于或等于50nm的平均顆粒尺寸的膠態(tài)研磨劑。而且，使用具有小于或等于30nm的平均顆粒尺寸的膠態(tài)氧化硅可獲得最低的電介質(zhì)侵蝕和金屬凹陷。將膠態(tài)研磨劑的顆粒尺寸減小到小于或等于30nm時(shí)，傾向于提高拋光組合物的選擇性，但是它同時(shí)傾向于降低阻擋層的去除速率。另外，優(yōu)選的膠態(tài)研磨劑可包含添加劑，例如分散劑，表面活性劑，緩沖劑以便提高該膠態(tài)研磨劑的穩(wěn)定性。一種這樣的膠態(tài)研磨劑是法國Puteaux的Clariant S.A.生產(chǎn)的膠態(tài)氧化硅。
該拋光組合物中含有用于“機(jī)械”去除銅和阻擋層的研磨劑。研磨劑的實(shí)例包括無機(jī)氧化物，具有氫氧化物覆層的無機(jī)氧化物、金屬硼化物、金屬碳化物、金屬氮化物、聚合物顆粒和包含前述至少一種的混合物。合適的無機(jī)氧化物包括，例如氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鈰(CeO2)、氧化錳(MnO2)、具有鋁的水合氧化物覆層的氧化硅顆粒、具有氧化硅覆層的各種不等軸橢球形顆粒、具有氫氧化鈰顆粒覆層的氧化硅顆?；虬辽僖环N前述氧化物的組合。如果需要也可以使用這些無機(jī)氧化物的改性形式，例如聚合物包覆的無機(jī)氧化物顆粒和無機(jī)物涂覆的顆粒。合適的金屬碳化物、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、碳化鎢、碳化鋯、硼化鋁、碳化鉭、碳化鈦或包含至少一種前述金屬碳化物、硼化物和氮化物的組合。如果需要金剛石也可以用作研磨劑。供選擇的研磨劑還包括聚合物顆粒和包覆的聚合物顆粒。優(yōu)選的研磨劑為氧化硅。
此外，該溶液包含0.01-4wt％的抑制劑以控制靜態(tài)腐蝕或其它去除機(jī)制產(chǎn)生的互連去除速率(interconnect removal rate)。調(diào)整抑制劑濃度可通過保護(hù)金屬不受靜態(tài)蝕刻調(diào)節(jié)互連金屬去除速率。優(yōu)選地，溶液中含有0.1-3wt％的抑制劑以抑制例如銅互連的靜態(tài)腐蝕。該抑制劑可以由抑制劑的混合物組成。唑類(azole)抑制劑對(duì)于銅和銀互連特別有效。典型的唑類抑制劑包括苯并三唑(BTA)、巰基苯并噻唑(MBT)、甲苯基三唑(tolytriazole)和咪唑。BTA對(duì)于銅和銀是特別有效的抑制劑。
該無機(jī)鹽和氧化劑可以在含余量水的溶液中在寬的pH范圍上提供效力。該溶液有效的pH值范圍為至少1.5-6。另外，該溶液優(yōu)選依靠余量的去離子水限制附帶的雜質(zhì)。本發(fā)明拋光液的pH值優(yōu)選為1.8-4，更優(yōu)選的pH值為2-3。用于調(diào)節(jié)本發(fā)明漿料pH值的pH值調(diào)節(jié)劑可以是含銨離子的堿例如氫氧化銨、含烷基取代的銨離子的堿、含堿金屬離子的堿、含堿土金屬離子的堿、含IIIB族金屬離子的堿、含IVB族金屬離子的堿、含VB族金屬離子的堿和含過渡金屬離子的鹽。設(shè)定pH值為酸性范圍不但可以去除銅和阻擋層表面，而且有助于穩(wěn)定本發(fā)明的漿料。可用已知的技術(shù)對(duì)該拋光液的pH值進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如，可以將堿直接加入分散有二氧化硅研磨劑和溶解有有機(jī)酸的漿料中。作為選擇，可以將有待加入的堿的部分或全部以有機(jī)堿鹽的形式加入?？墒褂玫膲A的例子包括堿金屬的氫氧化物例如氫氧化鉀、堿金屬的碳酸鹽例如碳酸鉀、氨水和胺。有利的，無機(jī)鹽或酸的加入為本組合物提供了更好的穩(wěn)定性和耐用性(robustness)。特別地，無機(jī)鹽或酸的加入使本組合物可以提供有效的拋光速率，而基本上不受影響或依賴于pH值。
該溶液為互連金屬和阻擋層材料提供了優(yōu)異的去除速率。特別地，使用多步拋光液以單一、組合步驟去除互連處金屬和阻擋層材料上的不需要部分。也就是說，本發(fā)明的一種拋光液既可用于“第一步”又可用于“第二步”的處理，因此消除了額外的成本并減少了處理時(shí)間。另外，如果需要本發(fā)明的組合物可單獨(dú)用作第二步的漿料。該溶液依靠無機(jī)鹽或酸和氧化劑選擇性除去銅和鉭阻擋層材料。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種用于從半導(dǎo)體晶片上拋光鉭阻擋層材料和銅的多步水性組合物，該組合物含有按重量計(jì)，0.1-30％的氧化劑，0.01-3％的無機(jī)鹽或酸，0.01-4％的抑制劑，0.1-30％的研磨劑，0-15％的配位劑和余量的水，其中該含水組合物具有1.5-3.5的pH值。
可選地，該溶液可包含0-15wt％的非鐵金屬的配位劑。當(dāng)存在時(shí)，配位劑可防止由溶解非鐵金屬互連形成的金屬離子的析出。更有利地，該溶液含有0-10wt％的非鐵金屬的配位劑。配位劑的例子包括乙酸、檸檬酸、乙酰乙酸乙酯、羥基乙酸、乳酸、蘋果酸、草酸、水楊酸、二乙基二硫代氨基甲酸鈉、丁二酸、酒石酸、巰基乙酸、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-羥基丁酸、丙酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、3-羥基水楊酸、3，5-二羥基水楊酸、棓酸、葡萄糖酸、鄰苯二酚、連苯三酚、丹寧酸，包括它們的鹽和混合物。有利的，該配位劑選自乙酸、檸檬酸、乙酰乙酸乙酯、羥基乙酸、乳酸、蘋果酸、草酸和它們的混合物。最有利的，該配位劑為檸檬酸。
拋光液也可含有均平劑例如氯化銨，用于控制互連金屬表面的光潔度。此外，該溶液中可選包含殺菌劑用于限制生物污染。例如在水中的KordekMLX(Rohm and Haas Company)殺菌劑2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮可以在許多應(yīng)用中提供有效的殺菌作用。典型以供應(yīng)商規(guī)定的濃度使用該殺菌劑。
該溶液提供了優(yōu)異的互連處金屬和阻擋層材料的去除速率。特別的，利用多步拋光液以單一、組合步驟除去互連金屬和阻擋層材料中不需要的部分。也就是說，本發(fā)明的一種拋光液既可用于“第一步”又可用于“第二步”的處理，從而，消除了額外的成本并減少了處理時(shí)間。另外，如果需要，本發(fā)明的組合物可單獨(dú)用作第二步漿料。一種適用于測定去除速率的特殊拋光墊是IC1010聚氨酯拋光墊(Rohm and Haas Electronic Materials CMP Technologies)。調(diào)節(jié)無機(jī)鹽或酸和氧化劑的含量可以調(diào)節(jié)互連金屬和阻擋層材料的去除速率。
實(shí)施例在實(shí)施例中，數(shù)字表示本發(fā)明的實(shí)施例，字母表示對(duì)照實(shí)施例。另外，所有實(shí)施中的漿料含有0.6wt％的苯并三唑。
實(shí)施例1本實(shí)驗(yàn)測試了從半導(dǎo)體晶片上去除氮化鉭阻擋層和銅的速率。特別的，該試驗(yàn)測定了改變用于第一和第二步拋光過程中的無機(jī)鹽即磷酸二氫銨和氧化劑即過氧化氫的濃度的效果。Strausbaugh拋光機(jī)使用IC1010聚氨酯拋光墊在大約1.5psi(10.3kPa)的下壓力條件和200ml/min的拋光液流速，93RPM的工作臺(tái)轉(zhuǎn)速和87RPM的托架轉(zhuǎn)速下平坦化該樣品。使用KOH和HNO3將該拋光液的pH值調(diào)節(jié)到2.5。所有的漿料都含有去離子水。另外，拋光液包含4wt％平均顆粒尺寸為25nm的氧化硅研磨劑。
表1拋光結(jié)果

如表1中所示，通過使用本發(fā)明的組合物，氮化鉭阻擋層膜和銅的去除速率高度可調(diào)，且該去除速率強(qiáng)烈依賴于無機(jī)鹽和氧化劑的相對(duì)濃度。特別地，當(dāng)維持過氧化氫的含量在9wt％時(shí)，將磷酸二氫銨的濃度從0.1增加至0.5wt％通常可以使氧化鉭膜的去除速率從131/min增加至913/min。同樣地，當(dāng)維持磷酸二氫銨的用量在0.5wt％時(shí)，將過氧化氫的濃度從1增加至7wt％可以將銅膜的去除速率從194/min增至2269/min。不含磷酸二氫銨的組合物(試驗(yàn)A)對(duì)于氮化鉭和銅兩者都提供了微不足道的去除速率。試驗(yàn)2將氮化鉭的去除速率減少至最小，同時(shí)提供良好的銅去除速率。也就是在試驗(yàn)2中，該拋光液將氮化鉭的去除速率減少至297/min的同時(shí)提供1723/min的銅膜去除速率。試驗(yàn)6將銅的去除速率減少至最小的同時(shí)提供了良好的氮化鉭去除速率。也就是在試驗(yàn)6中，該拋光液將銅的去除速率減少至194/min的同時(shí)提供了1072/min的氮化鉭膜去除速率。試驗(yàn)9和10對(duì)于氮化鉭和銅兩者都提供優(yōu)異的去除速率。特別地，試驗(yàn)9提供了1117/min的氮化鉭去除速率和1515/min的銅去除速率。類似地，試驗(yàn)10提供了989/min的氮化鉭去除速率和2269/min的銅去除速率。注意，所討論的去除速率為上述實(shí)施例的試驗(yàn)條件下。去除速率會(huì)隨試驗(yàn)參數(shù)的變化而變化。
表1所示結(jié)果顯示本發(fā)明的拋光液可以理想的用于第一和第二步的拋光?？衫脽o機(jī)鹽即磷酸二氫銨和氧化劑即過氧化氫的相對(duì)濃度，對(duì)氮化鉭阻擋層和銅的去除速率進(jìn)行非常大的調(diào)節(jié)或調(diào)整。例如，測試樣品9和10都非常適合用作第一和第二步的拋光液，并對(duì)銅和氮化鉭阻擋層兩者都可提供優(yōu)異的去除速率。特別地，試驗(yàn)9提供了1515/min的銅去除速率和1117/min的氮化鉭去除速率。類似地，試驗(yàn)10提供了2269/min的銅去除速率和989/min的氮化鉭去除速率。作為選擇，本發(fā)明的組合物可以僅用作第二步漿料。例如，試驗(yàn)樣品6將銅的去除速率減少至最小(194/min)的同時(shí)提供了優(yōu)異的鉭去除速率(1072/min)。
實(shí)施例2本試驗(yàn)測試半導(dǎo)體晶片上氮化鉭阻擋層和銅的去除速率。特別地，本試驗(yàn)測定了改變用于第一和第二步拋光過程中的無機(jī)酸即硫酸和氧化劑即過氧化氫的用量的效果。試驗(yàn)條件與上述的實(shí)施例1相同。
表2拋光結(jié)果

如表2中所示，通過使用本發(fā)明的組合物氮化鉭阻擋層膜和銅的去除速率高度可調(diào)，且該去除速率強(qiáng)烈依賴于無機(jī)酸和氧化劑的相對(duì)濃度。特別地，當(dāng)維持過氧化氫的含量在9wt％時(shí)，將硫酸的濃度從0.13增加至1wt％，通?？梢允沟g膜的去除速率從768/min增加至1313/min。同樣地，當(dāng)維持硫酸的用量為0.63wt％時(shí)，將過氧化氫的濃度從1增加至7wt％，可以使銅膜的去除速率從156/min增至1446/min。不含硫酸的組合物(試驗(yàn)B)對(duì)氮化鉭和銅兩者都提供了微不足道的去除速率。試驗(yàn)11將氮化鉭的去除速率減少至最小的同時(shí)提供了良好的銅去除速率。也就是試驗(yàn)11中，該拋光液將氮化鉭的去除速率減少至768/min的同時(shí)提供了1253/min的銅膜去除速率。試驗(yàn)17將銅的去除速率減少至最小的同時(shí)提供了良好的氮化鉭去除速率。也就是在試驗(yàn)17中，該拋光液將銅的去除了減少至156/min的同時(shí)提供了1501/min的氮化鉭去除速率。試驗(yàn)13和14對(duì)氮化鉭和銅兩者都提供了優(yōu)異的去除速率。特別地，試驗(yàn)13提供了1405/min的氮化鉭去除速率和2127/min的銅去除速率。類似地，試驗(yàn)14提供了1365/min的氮化鉭去除速率和2349/min的銅去除速率。注意，所討論的去除速率為上述實(shí)施例的試驗(yàn)條件下。去除速率會(huì)隨試驗(yàn)參數(shù)的變化而變化。
表2所示結(jié)果顯示本發(fā)明的拋光液可以理想地用于第一和第二步的拋光?？衫脽o機(jī)酸即硫酸和氧化劑即過氧化氫的相對(duì)濃度對(duì)氮化鉭阻擋層膜和銅的去除速率進(jìn)行非常大的調(diào)節(jié)或調(diào)整。例如，測試樣品13和14都非常適合用作第一和第二步的拋光液，并對(duì)銅和氮化鉭阻擋層兩者都提供了優(yōu)異的去除速率。作為選擇，本發(fā)明的組合物可以僅用作第二步的漿料。例如，試驗(yàn)樣品17將銅的去除速率減小至最小(156/min)的同時(shí)提供了優(yōu)異的鉭去除速率(1501/min)。
因此，該溶液對(duì)于互連金屬和阻擋層材料提供了優(yōu)異的去除速率。特別地，利用多步拋光液以單一、組合步驟除去互連金屬和阻擋層材料中不需要的部分。也就是說本發(fā)明的一種拋光液既可用于“第一步”又可用于“第二步”的處理，因此，消除了額外的成本和減少了處理時(shí)間。另外，如果需要，本發(fā)明的組合物可只用作第二步漿料。該漿料依靠無機(jī)鹽或酸和氧化劑選擇性去除銅和鉭阻擋層材料。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種可以適用于從半導(dǎo)體晶片上拋光鉭阻擋層材料和銅的多步水性組合物，該組合物含有按wt％計(jì)0.1-30％的氧化劑，0.01-3％的無機(jī)鹽或酸，0.01-4％的抑制劑，0.1-30％的研磨劑，0-15％的配位劑和余量的水，其中該水性組合物具有1.5-6的pH值。
權(quán)利要求
1.用于從半導(dǎo)體晶片上拋光鉭阻擋層材料和銅的多步水性組合物，該組合物含有按wt％計(jì)0.1-30％的氧化劑，0.01-3％的無機(jī)鹽或酸，0.01-4％的抑制劑，0.1-30％的研磨劑，0-15％的配位劑和余量的水，其中該水性組合物具有1.5-6的pH值。
2.如權(quán)利要求1所述的組合物，其中該組合物含有0.1-1wt％的無機(jī)鹽。
3.如權(quán)利要求1所述的組合物，其中該水性組合物具有2-3的pH值。
4.如權(quán)利要求1所述的組合物，其中該無機(jī)鹽選自磷酸鹽、焦磷酸鹽、多磷酸鹽、膦酸鹽、硫酸鹽、焦硫酸鹽、多硫酸鹽、磺酸鹽和它們的酸、鹽、混合酸鹽、酯、偏酯、混合酯以及它們的混合物。
5.如權(quán)利要求1所述的組合物，其中無機(jī)鹽選自磷酸鋅、焦磷酸鋅、多磷酸鋅、膦酸鋅、磷酸銨、焦磷酸銨、多磷酸銨、膦酸銨、磷酸二銨、焦磷酸二銨、多磷酸二銨、膦酸二銨、磷酸胍、焦磷酸胍、多磷酸胍、膦酸胍、磷酸鐵、焦磷酸鐵、多磷酸鐵、膦酸鐵、磷酸鈰、焦磷酸鈰、多磷酸鈰、膦酸鈰、磷酸乙二胺、磷酸哌嗪、焦磷酸哌嗪、膦酸哌嗪、磷酸蜜胺、磷酸二蜜胺、焦磷酸蜜胺、多磷酸蜜胺、膦酸蜜胺、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、磷酸雙氰胺、磷酸脲、硫酸鋅、焦硫酸鋅、多硫酸鋅、磺酸鋅、硫酸銨、焦硫酸銨、多硫酸銨、磺酸銨、硫酸二銨、焦硫酸二銨、多硫酸二銨、磺酸二銨、硫酸胍、焦硫酸胍、多硫酸胍、磺酸胍、硫酸鐵、焦硫酸鐵、多硫酸鐵、磺酸鐵、硫酸鈰、焦硫酸鈰、多硫酸鈰、磺酸鈰、硫酸乙二胺、硫酸哌嗪、焦硫酸哌嗪、磺酸哌嗪、硫酸蜜胺、硫酸二蜜胺、焦硫酸蜜胺、多硫酸蜜胺、磺酸蜜胺、硫酸蜜白胺、焦硫酸蜜白胺、多硫酸蜜白胺、磺酸蜜白胺、硫酸蜜勒胺、焦硫酸蜜勒胺、多硫酸蜜勒胺、磺酸蜜勒胺、硫酸雙氰胺、硫酸脲、和它們的酸、鹽、混合酸鹽、酯、偏酯、混合酯以及它們的混合物。
6.如權(quán)利要求1所述的組合物，其中該氧化劑選自過氧化氫、單過硫酸鹽、碘酸鹽、過鄰苯二甲酸鎂、過乙酸、過硫酸鹽、溴酸鹽、高碘酸鹽、硝酸鹽、鐵鹽、鈰鹽、Mn(III)、Mn(IV)和Mn(VI)鹽、銀鹽、銅鹽、鉻鹽、鈷鹽、鹵素、次氯酸鹽和它們的混合物。
7.用于從半導(dǎo)體晶片上拋光鉭阻擋層材料和銅的多步水性組合物，該組合物含有按wt％計(jì)0.1-30％的過氧化氫，0.01-3％的無機(jī)鹽或酸，0.01-4％的抑制劑，0.1-30％的研磨劑，0-15％的配位劑和余量的水，該水性組合物具有1.5-6的pH值，其中該無機(jī)鹽選自磷酸鋅、焦磷酸鋅、多磷酸鋅、膦酸鋅、磷酸銨、焦磷酸銨、多磷酸銨、膦酸銨、磷酸二銨、焦磷酸二銨、多磷酸二銨、膦酸二銨、磷酸胍、焦磷酸胍、多磷酸胍、膦酸胍、磷酸鐵、焦磷酸鐵、多磷酸鐵、膦酸鐵、磷酸鈰、焦磷酸鈰、多磷酸鈰、膦酸鈰、磷酸乙二胺、磷酸哌嗪、焦磷酸哌嗪、膦酸哌嗪、磷酸蜜胺、磷酸二蜜胺、焦磷酸蜜胺、多磷酸蜜胺、膦酸蜜胺、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、磷酸雙氰胺、磷酸脲、硫酸鋅、焦硫酸鋅、多硫酸鋅、磺酸鋅、硫酸銨、焦硫酸銨、多硫酸銨、磺酸銨、硫酸二銨、焦硫酸二銨、多硫酸二銨、磺酸二銨、硫酸胍、焦硫酸胍、多硫酸胍、磺酸胍、硫酸鐵、焦硫酸鐵、多硫酸鐵、磺酸鐵、硫酸鈰、焦硫酸鈰、多硫酸鈰、磺酸鈰、硫酸乙二胺、硫酸哌嗪、焦硫酸哌嗪、磺酸哌嗪、硫酸蜜胺、硫酸二蜜胺、焦硫酸蜜胺、多硫酸蜜胺、磺酸蜜胺、硫酸蜜白胺、焦硫酸蜜白胺、多硫酸蜜白胺、磺酸蜜白胺、硫酸蜜勒胺、焦硫酸蜜勒胺、多硫酸蜜勒胺、磺酸蜜勒胺、硫酸雙氰胺、硫酸脲、和它們的酸、鹽、混合的酸鹽、酯、偏酯、混合酯以及它們的混合物。
8.從半導(dǎo)體晶片上拋光鉭阻擋層材料和銅的方法，該方法包括使晶片接觸拋光組合物，該晶片含有鉭阻擋層材料和銅，該拋光組合物含有按wt％計(jì)0.1-30％的氧化劑，0.01-3％的無機(jī)鹽或酸，0.01-4％的抑制劑，0.1-30％的研磨劑，0-15％的配位劑和余量的水，其中該水性組合物的pH值為1.5-6；和使用拋光墊拋光該晶片。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該無機(jī)鹽選自磷酸鋅、焦磷酸鋅、多磷酸鋅、膦酸鋅、磷酸銨、焦磷酸銨、多磷酸銨、膦酸銨、磷酸二銨、焦磷酸二銨、多磷酸二銨、膦酸二銨、磷酸胍、焦磷酸胍、多磷酸胍、膦酸胍、磷酸鐵、焦磷酸鐵、多磷酸鐵、膦酸鐵、磷酸鈰、焦磷酸鈰、多磷酸鈰、膦酸鈰、磷酸乙二胺、磷酸哌嗪、焦磷酸哌嗪、膦酸哌嗪、磷酸蜜胺、磷酸二蜜胺、焦磷酸蜜胺、多磷酸蜜胺、膦酸蜜胺、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、磷酸雙氰胺、磷酸脲、硫酸鋅、焦硫酸鋅、多硫酸鋅、磺酸鋅、硫酸銨、焦硫酸銨、多硫酸銨、磺酸銨、硫酸二銨、焦硫酸二銨、多硫酸二銨、磺酸二銨、硫酸胍、焦硫酸胍、多硫酸胍、磺酸胍、硫酸鐵、焦硫酸鐵、多硫酸鐵、磺酸鐵、硫酸鈰、焦硫酸鈰、多硫酸鈰、磺酸鈰、硫酸乙二胺、硫酸哌嗪、焦硫酸哌嗪、磺酸哌嗪、硫酸蜜胺、硫酸二蜜胺、焦硫酸蜜胺、多硫酸蜜胺、磺酸蜜胺、硫酸蜜白胺、焦硫酸蜜白胺、多硫酸蜜白胺、磺酸蜜白胺、硫酸蜜勒胺、焦硫酸蜜勒胺、多硫酸蜜勒胺、磺酸蜜勒胺、硫酸雙氰胺、硫酸脲、和它們的酸、鹽、混合酸鹽、酯、偏酯、混合酯以及它們的混合物。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中氧化劑選自過氧化氫、單過硫酸鹽、碘酸鹽、過鄰苯二甲酸鎂、過乙酸、過硫酸鹽、溴酸鹽、高碘酸鹽、硝酸鹽、鐵鹽、鈰鹽、Mn(III)、Mn(IV)和Mn(VI)鹽、銀鹽、銅鹽、鉻鹽、鈷鹽、鹵素、次氯酸鹽和它們的混合物。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于從半導(dǎo)體晶片上拋光鉭阻擋層材料和銅的多步水性組合物，該組合物含有0.1－30wt％的氧化劑，0.01－3wt％的無機(jī)鹽或酸，0.01－4wt％的抑制劑，0.1－30wt％的研磨劑，0－15wt％的配位劑和余量的水，其中該含水組合物具有1.5－6的pH值。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1721493SQ20051007179
公開日2006年1月18日 申請日期2005年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月23日
發(fā)明者劉振東, J·匡西, R·E·施密特, T·M·托馬斯 申請人:Cmp羅姆和哈斯電子材料控股公司